KR20230166088A - precipitation of metals - Google Patents

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윌리엄 호커
제임스 윌리엄 본
해리슨 마이클 호지
웽 푸
데이비드 앤드류 만
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퓨어 배터리 테크놀로지스 피티와이 엘티디
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Abstract

본 발명은 특히, 니켈, 망간 및/또는 코발트를 포함하는 공-침전물을 제조하는 방법 및 상기 방법에 의해 제조된 공-침전물에 관한 것이다. 방법은 니켈, 코발트 및 망간으로부터 선택된 적어도 2개의 금속을 포함하는 공-침전물을 생성하는 방법으로, (i) 상기 적어도 2개의 금속 및 적어도 1개의 불순물을 포함하는 수성 공급 용액을 제공하는 단계; 및 (ii) 공급 용액의 pH를 약 6.2 내지 약 11로 조정하여, (a) 상기 적어도 2개의 금속을 포함하는 공-침전물; 및 (b) 상기 적어도 하나의 불순물을 포함하는 상청액을 제공하는 단계를 포함한다.The present invention relates in particular to a method for producing a co-precipitate comprising nickel, manganese and/or cobalt and to the co-precipitate produced by the method. A method for producing a co-precipitate comprising at least two metals selected from nickel, cobalt and manganese, comprising the steps of (i) providing an aqueous feed solution comprising the at least two metals and at least one impurity; and (ii) adjusting the pH of the feed solution to about 6.2 to about 11 to produce (a) a co-precipitate comprising the at least two metals; and (b) providing a supernatant containing the at least one impurity.

Description

금속의 침전precipitation of metals

상호 참조cross-reference

본 출원은 2021년 3월 2일에 출원된 호주 가특허출원 번호 2021900570 및 2021년 3월 2일에 출원된 호주 가특허출원 번호 2021900571에 대해 우선권을 주장하며, 이들 출원의 내용은 그 전체가 참조로서 본원에 포함된다.This application claims priority to Australian Provisional Patent Application No. 2021900570, filed on March 2, 2021, and Australian Provisional Patent Application No. 2021900571, filed on March 2, 2021, the contents of which are incorporated by reference in their entirety. It is included herein as.

한 구현양태에 있어서, 본 발명은 니켈, 망간 및/또는 코발트를 포함하는 공-침전물을 제조하는 방법 및 상기 방법에 의해 제조된 공-침전물에 관한 것이다. 다른 구현양태에서, 본 발명은 공-침전물 생성에서 후속 사용을 위해 혼합물로부터 금속을 용해시키는 방법에 관한 것이다.In one embodiment, the present invention relates to a method of preparing a co-precipitate comprising nickel, manganese and/or cobalt and the co-precipitate prepared by the method. In another embodiment, the invention relates to a method of dissolving metals from a mixture for subsequent use in producing a co-precipitate.

선행 기술 간행물이 본원에 언급된 경우, 이 참고 문헌은 해당 간행물이 호주 또는 기타 국가의 기술 분야에 대한 일반 일반 지식의 일부를 형성한다는 인정을 구성하지 않는다는 것이 명확하게 이해될 것이다.It will be clearly understood that where prior art publications are mentioned herein, this reference does not constitute an admission that such publications form part of the general general knowledge of the art in Australia or any other country.

리튬이온 배터리는 전세계 전체 휴대용 배터리 판매량, 보다 일반적으로는 배터리 판매량의 상당 부분을 차지한다. 높은 에너지 밀도, 긴 수명 및 가벼운 무게로 인해 전기 자동차, 전기 자전거 및 기타 전기 파워트레인, 및 전동 공구를 포함한 다양한 응용 분야에서 배터리로 선택되는 경우가 많다. 이러한 배터리에서 활성 물질의 특히 일반적인 조합은 NMC(또는 NCM) 물질이라고도 불리는 니켈-망간-코발트이다. 다양한 유형의 리튬이온 배터리에는 다양한 비율의 니켈, 망간 및 코발트가 사용된다. 배터리는 또한 이들 요소 중 하나만 사용할 수도 있고, 이들 세 가지 중 임의의 두 가지의 조합을 사용할 수도 있고, 알루미늄 및 마그네슘과 같은 하나 이상의 추가 요소와 이들 요소 중 하나, 둘 또는 세 가지의 조합을 사용할 수도 있다. 다양한 유형의 리튬이온 배터리에는 이러한 모든 요소의 다양한 비율이 사용된다.Lithium-ion batteries account for a significant portion of total portable battery sales worldwide, and battery sales more generally. Due to their high energy density, long lifespan, and light weight, they are often the battery of choice for a variety of applications, including electric vehicles, electric bicycles and other electric powertrains, and power tools. A particularly common combination of active materials in these batteries is nickel-manganese-cobalt, also called NMC (or NCM) materials. Different types of lithium-ion batteries use varying proportions of nickel, manganese, and cobalt. Batteries may also use just one of these elements, a combination of any two of these three, or combinations of one, two, or three of these elements with one or more additional elements such as aluminum and magnesium. there is. Different types of lithium-ion batteries use varying ratios of all of these elements.

배터리용 NMC 물질는 일반적으로 니켈, 코발트 및 망간의 별도의 고순도 개별 염을 취하여 특정 비율 및 순도로 모두 용액에 용해시켜 생산된다. 그런 다음 세 가지 금속이 수산화물, 탄산염 또는 수산화-탄산염으로 공-침전되도록 해당 용액에 대해 침전 공정이 수행된다. 이는 허용가능한 전기화학적 성능에 필요한 고순도 전구체 생성물 조성을 달성하는 유일한 방법으로 널리 간주된다. 그러나 이 과정의 단점은 배터리 물질 생산에 니켈, 코발트, 망간을 사용하기 위해서는 니켈, 코발트, 망간 공급 물질에서 불순물 원소를 제거해야 한다는 점이다. 예를 들어, NMC 물질은 불순물 원소 1몰에 대해 NMC 150,000몰 정도의 순도 수준을 요구할 수 있다. 배터리에 사용하기 위한 예시적인 황산니켈은, 예를 들어 구리, 철, 카드뮴, 아연 및 납과 같은 불순물이 5ppm 이하이다. 결과적으로, 니켈, 코발트 및 망간의 순수한 염을 생산하려면 여러 분리 및 정제 단계가 필요하며, 이는 시간과 물질(따라서 비용도 많이 소요)이 집약적일 수 있다.NMC materials for batteries are typically produced by taking separate, high-purity individual salts of nickel, cobalt, and manganese and dissolving them all in solution in specific ratios and purities. A precipitation process is then performed on the solution so that the three metals co-precipitate as hydroxides, carbonates, or hydroxy-carbonates. This is widely considered the only way to achieve the high purity precursor product composition required for acceptable electrochemical performance. However, a drawback of this process is that impurity elements must be removed from the nickel, cobalt, and manganese feed materials before they can be used to produce battery materials. For example, NMC materials may require a purity level of 150,000 moles of NMC per mole of impurity element. Exemplary nickel sulfate for use in batteries contains less than 5 ppm of impurities, such as copper, iron, cadmium, zinc, and lead. As a result, producing pure salts of nickel, cobalt and manganese requires multiple separation and purification steps, which can be time and material (and therefore costly) intensive.

니켈 광상은 일반적으로 10:1 내지 100:1 범위의 천연 니켈:코발트 비율을 가지며, 결과적으로 이러한 광상에서 니켈, 코발트 및 망간의 상대적 비율은 일반적으로 NMC 물질가 생산되기 전에 변형이 필요하다. 니켈 광상에는 일반적으로 철, 마그네슘 및 규산염 광물을 포함한 다양한 기타 광물이 포함되어 있으므로 NMC 물질를 생산하기 위해 사용되기 전에 상당한 가공처리가 필요하다.Nickel deposits typically have native nickel:cobalt ratios ranging from 10:1 to 100:1, and consequently the relative ratios of nickel, cobalt and manganese in these deposits typically require modification before NMC material can be produced. Nickel deposits typically contain a variety of other minerals, including iron, magnesium and silicate minerals, and therefore require significant processing before they can be used to produce NMC materials.

니켈, 코발트 및 망간의 또 다른 잠재적 공급원은 사용된 리튬이온 배터리에서 비롯된다. 리튬이온 배터리 폐기는 배터리 시장이 확대됨에 따라 경제적인 측면과 환경적인 측면 모두에서 점점 더 큰 관심을 받고 있다. 환경적으로 폐배터리에는 니켈, 코발트, 망간과 같은 고농도의 금속과 휘발성 불소 함유 전해질을 함유한다. 리튬이온 배터리에 대한 수요가 증가하고, 물질 재활용에 대한 요구가 높아지면서, 새 리튬이온 배터리에 사용하기 위해 재활용할 수 있을 만큼 순도가 충분한 폐 리튬이온 배터리의 음극 활성 물질(cathode active material, CAM 또는 블랙 매스)로부터 NMC 물질를 회수하기 위한 더 나은 방법을 찾아야 할 필요성이 점점 더 커지고 있다. Another potential source of nickel, cobalt and manganese comes from used lithium-ion batteries. Lithium-ion battery disposal is receiving increasing attention from both economic and environmental perspectives as the battery market expands. Environmentally speaking, waste batteries contain high concentrations of metals such as nickel, cobalt, and manganese, and electrolytes containing volatile fluorine. As the demand for lithium-ion batteries increases and the need for material recycling increases, the cathode active material (CAM, or cathode active material) from waste lithium-ion batteries is of sufficient purity to be recycled for use in new lithium-ion batteries. There is a growing need to find better ways to recover NMC materials from black mass.

리튬이온 배터리는 일반적으로 케이싱, 전해질, 세퍼레이터, 양극 및 음극의 5가지 주요 구성요소를 갖는다. 케이싱은 일반적으로 다른 모든 구성요소를 수용하는 강철 쉘이며 경제적 가치가 낮다. 전해질은 배터리를 통해 전하를 전달하는 데 사용되며 비양성자성 유기 용매에 용해된 리튬 함유 염(일반적으로 헥사플루오로인산리튬 또는 테트라플루오로붕산리튬)으로 만들어진다. 세퍼레이터는 일반적으로 배터리의 양극과 음극 반쪽-셀을 분리하는 중합체 막이다. 리튬이온 배터리에는 일반적으로 구리 집전장치에 연결된 흑연 양극이 있다. 배터리 가치의 대부분은 음극에서 나온다. 최신 리튬이온 배터리에는 산화 코발트 또는 니켈, 코발트 및 망간(NMC)의 혼합물을 함유하는 전기화학적 활성 리튬 화합물로 코팅된 음극이 있다. 이 음극 물질은 일반적으로 흑연과 혼합되며 결합제를 사용하여 알루미늄 집전 장치에 부착된다.Lithium-ion batteries generally have five main components: casing, electrolyte, separator, anode, and cathode. The casing is usually a steel shell that houses all other components and has low economic value. Electrolytes are used to transfer charge through a battery and are made of a lithium-containing salt (usually lithium hexafluorophosphate or lithium tetrafluoroborate) dissolved in an aprotic organic solvent. A separator is typically a polymer membrane that separates the positive and negative half-cells of a battery. Lithium-ion batteries typically have a graphite anode connected to a copper current collector. Most of the battery's value comes from the cathode. Modern lithium-ion batteries have a cathode coated with an electrochemically active lithium compound containing cobalt oxide or a mixture of nickel, cobalt, and manganese (NMC). This cathode material is typically mixed with graphite and attached to the aluminum current collector using a binder.

음극 활성 물질로부터 NMC 물질를 회수하기 위해 다양한 조건이 시도되었지만, 상당한 양의 원하지 않는 불순물을 회수하지 않으면서 니켈, 코발트 및 망간을 회수하는 것은 어려운 일이다. 현재까지 NMC 물질 재활용 시도의 대부분은 추가 사용을 위해 별도의 니켈, 코발트 및 망간 염을 생산하거나 추가 사용을 위해 고도로 정제된 용액을 생산하는 것을 목표로 했다.Although various conditions have been attempted to recover NMC material from the cathode active material, it is difficult to recover nickel, cobalt and manganese without recovering significant amounts of unwanted impurities. Most of the NMC material recycling attempts to date have been aimed at producing separate nickel, cobalt and manganese salts for further use or producing highly purified solutions for further use.

일부 배터리 응용은, 예를 들어 니켈, 코발트 및 망간 중 단지 2개만을 포함하는 물질의 사용을 요구할 수도 있으며, 위의 고려사항은 이러한 물질에도 적용될 수 있다.Some battery applications may require the use of materials containing only two of, for example, nickel, cobalt and manganese, and the above considerations may apply to these materials as well.

한 구현양태에서, 본 발명은 니켈, 망간 및 코발트 중 적어도 2개를 포함하는 공-침전물을 제조하는 방법을 제공하고자 하며, 이는 위에서 언급한 단점의 적어도 하나를 적어도 부분적으로 극복하거나 실질적으로 개선하거나 또는 소비자에게 유용하거나 상업적인 선택을 제공할 수 있다. 상기 공-침전물은 리튬이온 배터리 제조에 적합할 수 있다. 다른 구현양태에서, 본 발명은 리튬이온 배터리의 제조에 사용하기 위한 전구체, 예를 들어 NMC 물질(특히 음극 활성 NMC 물질) 또는 니켈, 망간 및 코발트 중 적어도 2개를 포함하는 물질을 제조하는 데 후속 사용에 적합할 수 있는 니켈, 망간 및 코발트 중 하나 또는 둘 또는 셋 모두의 침전물을 제공하고자 한다. 다른 구현양태에서, 본 발명은 니켈, 망간 및 코발트를 포함하는 공-침전물을 생성하는 데 사용하기에 적합할 수 있거나(잠재적으로 추가 처리 후), 또는 위에 언급된 단점 중 적어도 하나를 부분적으로 극복하거나 실질적으로 개선하거나 소비자에게 유용하거나 상업적인 선택을 제공할 수 있는 용액을 생성하는 방법을 제공하고자 한다.In one embodiment, the present invention seeks to provide a process for preparing a co-precipitate comprising at least two of nickel, manganese and cobalt, which at least partially overcomes or substantially improves at least one of the above-mentioned disadvantages. Or, it may provide consumers with a useful or commercial choice. The co-precipitate may be suitable for manufacturing lithium-ion batteries. In another embodiment, the invention provides a precursor for use in the manufacture of lithium-ion batteries, such as a NMC material (particularly a cathode active NMC material) or a material comprising at least two of nickel, manganese and cobalt followed by It is desired to provide precipitates of one or two or all three of nickel, manganese and cobalt that may be suitable for use. In other embodiments, the present invention may be suitable for use (potentially after further processing) to produce a co-precipitate comprising nickel, manganese and cobalt, or partially overcome at least one of the disadvantages mentioned above. The goal is to provide a method of producing a solution that can be used to create a solution that is substantially improved or that can be useful to consumers or provide a commercial choice.

본 발명의 제1 측면에 따르면, 니켈, 코발트 및 망간으로부터 선택된 적어도 2개의 금속을 포함하는 공-침전물을 제조하는 방법이 제공되며, 상기 방법은:According to a first aspect of the invention, there is provided a method for producing a co-precipitate comprising at least two metals selected from nickel, cobalt and manganese, the method comprising:

(i) 상기 적어도 2개의 금속을 포함하는 수성 공급 용액을 제공하는 단계; 그리고(i) providing an aqueous feed solution comprising the at least two metals; and

(ii) 공급 용액으로부터 상기 적어도 2개의 금속을 공-침전시키기 위해 공급 용액의 pH를 약 6.2 내지 약 11, 임의로 약 6.2 내지 약 10 또는 약 6.2 내지 약 9.2로 조정하는 단계를 포함한다.(ii) adjusting the pH of the feed solution to about 6.2 to about 11, optionally about 6.2 to about 10, or about 6.2 to about 9.2 to co-precipitate said at least two metals from the feed solution.

다음 옵션과 구현양태는 첫 번째 측면과 함께 개별적으로 또는 임의의 적절한 조합으로 사용될 수 있다.The following options and embodiments may be used individually or in any suitable combination with the first aspect.

수성 공급물은 적어도 하나의 불순물을 포함할 수 있다. 따라서, 공급 용액의 pH를 조정하는 단계는 상기 적어도 하나의 불순물을 포함하는 상청액을 제공할 수 있다. 따라서, 첫 번째 측면의 한 구현양태에서 공-침전물을 생성하는 방법이 제공되는데, 여기서 공-침전물은 니켈, 코발트 및 망간으로부터 선택되는 적어도 2개의 금속을 포함하며, 이 방법은:The aqueous feed may contain at least one impurity. Accordingly, adjusting the pH of the feed solution may provide a supernatant containing the at least one impurity. Accordingly, in one implementation of the first aspect there is provided a method of producing a co-precipitate, wherein the co-precipitate comprises at least two metals selected from nickel, cobalt and manganese, the method comprising:

(i) 상기 적어도 2개의 금속과 적어도 하나의 불순물을 포함하는 수성 공급 용액을 제공하는 단계; 그리고(i) providing an aqueous feed solution comprising the at least two metals and at least one impurity; and

(ii) 공급 용액의 pH를 약 6.2 내지 약 11, 임의로 약 6.2 내지 약 10 또는 약 6.2 내지 약 9.2로 조정하여, (a) 상기 적어도 2개의 금속을 포함하는 공-침전물; 및 (b) 상기 적어도 하나의 불순물을 포함하는 상청액을 제공하는 단계를 포함한다.(ii) adjusting the pH of the feed solution to about 6.2 to about 11, optionally about 6.2 to about 10, or about 6.2 to about 9.2, thereby producing (a) a co-precipitate comprising the at least two metals; and (b) providing a supernatant containing the at least one impurity.

한 구현양태에서, 방법은 공-침전물을 생성하는 방법으로서, 여기서 공-침전물은 니켈, 코발트 및 망간으로부터 선택된 적어도 2개의 금속을 포함하며, 상기 방법은:In one implementation, the method is a method of producing a co-precipitate, wherein the co-precipitate comprises at least two metals selected from nickel, cobalt, and manganese, the method comprising:

(i) 상기 적어도 2개의 금속과 적어도 하나의 불순물을 포함하는 수성 공급 용액을 제공하는 단계, 여기서 상기 적어도 하나의 불순물은 비소, 알루미늄, 바륨, 카드뮴, 탄소, 칼슘, 마그네슘, 크롬, 구리, 납, 규소, 바나듐, 란타넘, 란타넘족, 악티늄, 악티늄족, 티타늄, 스칸듐, 철, 아연, 지르코늄, 은, 텅스텐, 몰리브덴, 백금, 루비듐, 주석, 안티몬, 셀레늄, 비스무스, 붕소, 이트륨, 및 니오븀 또는 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되고; 그리고(i) providing an aqueous feed solution comprising the at least two metals and at least one impurity, wherein the at least one impurity is arsenic, aluminum, barium, cadmium, carbon, calcium, magnesium, chromium, copper, lead. , silicon, vanadium, lanthanum, lanthanides, actinium, actinides, titanium, scandium, iron, zinc, zirconium, silver, tungsten, molybdenum, platinum, rubidium, tin, antimony, selenium, bismuth, boron, yttrium, and niobium. or is selected from the group consisting of combinations thereof; and

(ii) 공급 용액의 pH를 약 6.2 내지 10 미만으로 조정하여, (a) 상기 적어도 2개의 금속을 포함하는 공-침전물; 및 (b) 상기 적어도 하나의 불순물을 포함하는 상청액을 제공하는 단계를 포함한다.(ii) adjusting the pH of the feed solution to between about 6.2 and less than 10 to produce (a) a co-precipitate comprising the at least two metals; and (b) providing a supernatant containing the at least one impurity.

한 구현양태에서, 공급 용액의 pH는 약 6.2 내지 11 사이, 또는 약 6.2 내지 11 미만, 또는 약 6.2 내지 10, 또는 약 6.2 내지 10 미만, 또는 약 6.2 내지 9.2, 또는 약 6.2 내지 8.5 또는 약 6.2 내지 7.5로 조정된다. In one implementation, the pH of the feed solution is between about 6.2 and 11, or between about 6.2 and less than 11, or between about 6.2 and 10, or between about 6.2 and less than 10, or between about 6.2 and 9.2, or between about 6.2 and 8.5, or about 6.2. It is adjusted to 7.5.

한 구현양태에서, 수용액 중 적어도 2개의 금속의 총량(또는 니켈, 코발트 및 망간의 총량)은 수용액 전체 중량(특히 수용액의 건조 고체)의 95% 미만, 특히 90% 미만, 또는 85% 미만 또는 80% 미만, 75% 미만, 70% 미만, 65% 미만, 60% 미만, 55% 미만 또는 50% 미만이다. 한 구현양태에서, 수용액 중 적어도 2개의 금속을 포함하는 금속 착물의 총량(또는 니켈, 코발트 및 망간을 포함하는 금속 착물의 총량)은 수용액 중 건조 고체 전체 중량의 95% 미만, 특히 90% 미만, 또는 85% 미만, 80% 미만, 75% 미만, 70% 미만, 65% 미만, 60% 미만, 55% 미만, 50% 미만이다. 본원에서 사용된 용어 "금속 착물"는 예를 들어 니켈, 코발트 또는 망간의 황산염을 포함할 수 있다. 한 구현양태에서, 수용액 중 적어도 2개의 금속의 총량(또는 니켈, 코발트 및 망간의 총량)은 수용액의 1 ppb 초과, 특히 1 ppm 초과, 또는 10 ppm 초과, 또는 100 ppm 초과 또는 1,000 ppm 초과, 2,000 ppm 초과, 5,000 ppm 초과, 10,000 ppm 초과, 20,000 ppm 초과 또는 50,000 ppm 초과이다.In one embodiment, the total amount of at least two metals (or the total amount of nickel, cobalt and manganese) in the aqueous solution is less than 95%, especially less than 90%, or less than 85% or 80% of the total weight of the aqueous solution (especially the dry solids of the aqueous solution). is less than %, less than 75%, less than 70%, less than 65%, less than 60%, less than 55%, or less than 50%. In one embodiment, the total amount of metal complexes comprising at least two metals (or the total amount of metal complexes comprising nickel, cobalt and manganese) in the aqueous solution is less than 95%, especially less than 90%, of the total weight of the dry solids in the aqueous solution. or less than 85%, less than 80%, less than 75%, less than 70%, less than 65%, less than 60%, less than 55%, less than 50%. As used herein, the term “metal complex” may include, for example, sulfates of nickel, cobalt, or manganese. In one embodiment, the total amount of the at least two metals (or the total amount of nickel, cobalt and manganese) in the aqueous solution is greater than 1 ppb, especially greater than 1 ppm, or greater than 10 ppm, or greater than 100 ppm, or greater than 1,000 ppm, or greater than 2,000 ppb. ppm, greater than 5,000 ppm, greater than 10,000 ppm, greater than 20,000 ppm, or greater than 50,000 ppm.

본원에서, "금속" 또는 특정 금속(예를 들어, 니켈, 코발트 또는 망간)에 대한 언급은 반드시 금속(즉, 산화 상태 0) 형태임을 의미하는 것은 아니다. 이러한 언급에는 문맥에서 달리 명시하지 않는 한 금속의 염을 포함하여 금속의 가능한 모든 산화 상태가 포함된다.As used herein, reference to “metal” or a particular metal (e.g., nickel, cobalt, or manganese) does not necessarily mean that it is in metallic (i.e., oxidation state 0) form. This reference includes all possible oxidation states of the metal, including its salts, unless the context clearly dictates otherwise.

본원에 사용된 "적어도 하나의 불순물"("적어도 하나의 침전 불순물"일 수 있다)은 니켈, 코발트, 망간, 물, OH-, H+, H3O+, 황산염 또는 탄산염이 아니다. 그러나, 한 구현양태에서, 적어도 하나의 불순물은 음이온과 니켈, 코발트 또는 망간의 착물(예컨대 황산염, 탄산염 또는 수산화-탄산염)이 아니다. 한 구현양태에서, 적어도 하나의 불순물은 비소, 알루미늄, 바륨, 카드뮴, 탄소, 칼슘, 마그네슘, 크롬, 구리, 납, 규소, 나트륨, 리튬, 칼륨, 인, 테트라플루오로붕산염, 헥사플루오로인산염, 바나듐, 란타넘, 암모늄, 아황산염, 불소, 불화물, 염화물, 티타늄, 스칸듐, 철, 아연 및 지르코늄, 또는 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된다. 한 구현양태에서, 적어도 하나의 불순물은 비소, 알루미늄, 바륨, 카드뮴, 탄소, 칼슘, 마그네슘, 크롬, 구리, 납, 규소, 나트륨, 리튬, 칼륨, 인, 테트라플루오로붕산염, 헥사플루오로인산염, 바나듐, 란타넘, 란타넘족, 악티늄, 악티늄족, 티타늄, 암모늄, 아황산염, 불소, 불화물, 염화물, 스칸듐, 철, 아연 및 지르코늄, 은, 텅스텐, 바나듐, 몰리브덴, 백금, 루비듐, 주석, 안티몬, 셀레늄, 비스무트, 붕소, 이트륨, 납, 니오븀 또는 이들의 조합; 특히 비소, 알루미늄, 바륨, 카드뮴, 탄소, 칼슘, 마그네슘, 크롬, 구리, 납, 규소, 바나듐, 란타넘, 란타넘족, 악티늄, 악티늄족, 티타늄, 스칸듐, 철, 아연, 지르코늄, 은, 텅스텐, 몰리브덴, 백금, 루비듐, 주석, 안티몬, 셀레늄, 비스무트, 붕소, 이트륨 및 니오븀 또는 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된다. 한 구현양태에서, 적어도 하나의 불순물은 (i) 칼슘 및/또는 마그네슘; (ii) 알칼리 토금속; (iii) 금속 또는 준금속 종(알칼리 금속은 포함하지 않음); (iv) 알칼리 금속 또는 음이온 종(예를 들어, 황산염, 아황산염, 염화물, 불화물, 질산염 및 인산염)을 포함하지 않는 금속 또는 준금속 종; 또는 (v) 음이온 종(황산염, 아황산염, 염화물, 불화물, 질산염 및 인산염)을 포함하지 않는 금속 또는 준금속 종이거나 이를 포함한다.As used herein, “at least one impurity” (which may be “at least one precipitated impurity”) is not nickel, cobalt, manganese, water, OH , H + , H 3 O + , sulfate, or carbonate. However, in one embodiment, the at least one impurity is not a complex of an anion with nickel, cobalt, or manganese (eg, sulfate, carbonate, or hydroxy-carbonate). In one embodiment, the at least one impurity is arsenic, aluminum, barium, cadmium, carbon, calcium, magnesium, chromium, copper, lead, silicon, sodium, lithium, potassium, phosphorus, tetrafluoroborate, hexafluorophosphate, It is selected from the group consisting of vanadium, lanthanum, ammonium, sulfite, fluorine, fluoride, chloride, titanium, scandium, iron, zinc and zirconium, or combinations thereof. In one embodiment, the at least one impurity is arsenic, aluminum, barium, cadmium, carbon, calcium, magnesium, chromium, copper, lead, silicon, sodium, lithium, potassium, phosphorus, tetrafluoroborate, hexafluorophosphate, Vanadium, lanthanum, lanthanides, actinium, actinides, titanium, ammonium, sulfite, fluorine, fluoride, chloride, scandium, iron, zinc and zirconium, silver, tungsten, vanadium, molybdenum, platinum, rubidium, tin, antimony, selenium. , bismuth, boron, yttrium, lead, niobium, or combinations thereof; In particular, arsenic, aluminum, barium, cadmium, carbon, calcium, magnesium, chromium, copper, lead, silicon, vanadium, lanthanum, lanthanides, actinium, actinides, titanium, scandium, iron, zinc, zirconium, silver, tungsten, It is selected from the group consisting of molybdenum, platinum, rubidium, tin, antimony, selenium, bismuth, boron, yttrium and niobium, or combinations thereof. In one implementation, the at least one impurity is (i) calcium and/or magnesium; (ii) alkaline earth metals; (iii) metal or metalloid species (not including alkali metals); (iv) metal or metalloid species that do not include alkali metal or anionic species (e.g., sulfate, sulfite, chloride, fluoride, nitrate, and phosphate); or (v) is or contains a metal or metalloid species that does not contain anionic species (sulfate, sulfite, chloride, fluoride, nitrate and phosphate).

한 구현양태에서, 적어도 하나의 불순물은 적어도 2개의 불순물, 또는 적어도 3개의 불순물, 또는 적어도 4개의 불순물, 또는 적어도 5개의 불순물, 또는 적어도 6개의 불순물이다. 그러한 불순물은 본 명세서에서 논의된 바와 같을 수 있다.In one implementation, the at least one impurity is at least 2 impurities, or at least 3 impurities, or at least 4 impurities, or at least 5 impurities, or at least 6 impurities. Such impurities may be as discussed herein.

한 구현양태에서, 단계 (i) 또는 단계 (ii)의 수성 공급 용액 중의 상기 하나 이상의 불순물의 상기 적어도 하나의 불순물의 적어도 1%, 또는 적어도 5%, 또는 적어도 10%, 또는 적어도 20%, 또는 적어도 30%, 또는 적어도 40%, 또는 상기 적어도 하나의 불순물의 적어도 50%, 특히 적어도 60%, 또는 적어도 65%, 또는 적어도 70%, 또는 적어도 75% 또는 적어도 80%, 또는 적어도 85%, 또는 적어도 90% 또는 적어도 95%, 적어도 96%, 적어도 97%, 적어도 98% 또는 적어도 99%는 공-침전 후 상청액에 있을 수 있거나, 공-침전을 세척한 후 세척 용액에 있을 수도 있거나, 상청액과 세척 용액 모두에 조합된 상태로 있을 수도 있다. 적어도 하나의 불순물은 불순물들의 조합일 수 있다. 상청액으로 전달될 수 있는 수성 공급 용액 내의 각 불순물의 양은 각 불순물마다 다를 수 있다.In one embodiment, at least 1%, or at least 5%, or at least 10%, or at least 20% of said at least one impurity of said one or more impurities in the aqueous feed solution of step (i) or step (ii), or at least 30%, or at least 40%, or at least 50%, especially at least 60%, or at least 65%, or at least 70%, or at least 75%, or at least 80%, or at least 85%, or At least 90% or at least 95%, at least 96%, at least 97%, at least 98% or at least 99% may be in the supernatant after co-precipitation, or in the washing solution after washing the co-precipitation, or in the supernatant and It may also be present in combination in both cleaning solutions. The at least one impurity may be a combination of impurities. The amount of each impurity in the aqueous feed solution that can be transferred to the supernatant may vary for each impurity.

한 구현양태에서, 적어도 2개의 금속 대 적어도 1개의 불순물(또는 적어도 1개의 침전 불순물)의 수성 공급 용액 중 몰비(또는 질량비)(또는 적어도 2개 금속 대 전체 불순물의 수성 공급 용액 중 또는 몰비(또는 질량비))는 300,000,000:1 미만, 또는 200,000,000:1 미만, 또는 100,000,000:1 미만, 또는 10,000,000:1 미만, 또는 1,000,000:1 미만, 또는 500,000:1 미만, 또는 250,000:1 미만, 또는 200,000:1 미만, 또는 100,000:1 미만, 또는 50,000:1 미만, 또는 10,000:1 미만, 또는 5,000:1 미만, 또는 1,000:1 미만, 또는 500:1 미만, 또는 200:1 미만, 또는 100:1 미만, 또는 50:1 미만, 또는 25:1 미만, 또는 10:1 미만, 또는 1:1 미만 또는 1:10 미만이다. 적어도 2개의 금속 대 적어도 1개의 불순물의 수성 공급 용액 중의 몰비(또는 질량비)(또는 적어도 2개의 금속 대 전체 불순물의 수성 공급 용액 중의 몰비(또는 질량비))는 적어도 약 2,000,000:1, 또는 적어도 약 1,000,000:1, 또는 적어도 약 100,000:1, 또는 적어도 약 60,000:1, 또는 적어도 약 30,000:1, 또는 적어도 약 20,000:1, 또는 적어도 약 10,000:1, 또는 적어도 약 5,000:1, 또는 적어도 약 1,000:1, 또는 적어도 약 500:1, 또는 적어도 약 200:1, 또는 적어도 약 100:1, 또는 적어도 약 50:1 또는 적어도 약 10:1일 수 있다. 이는 적어도 2개 이상의 금속의 몰량(또는 질량량)의 합을 의미하지만, 적어도 하나의 불순물 중 어느 하나를 의미할 수도 있거나, 이런 전체 불순물의 몰량(또는 질량량)의 합을 의미할 수도 있다. 불순물 중 적어도 하나, 임의로 하나 이상, 가능하게는 전부가 칼슘, 마그네슘, 리튬, 나트륨, 칼륨 및 암모늄으로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다. 한 구현양태에서, 수성 공급물 중 적어도 하나의 불순물은 칼슘, 마그네슘, 철, 알루미늄, 구리, 아연, 납, 황, 나트륨, 칼륨, 암모늄 및 리튬으로 구성된 군으로부터 선택된다.In one embodiment, the molar ratio (or mass ratio) in an aqueous feed solution of at least two metals to at least one impurity (or at least one precipitated impurity) (or the molar ratio or mass ratio in an aqueous feed solution of at least two metals to all impurities (or The mass ratio)) is less than 300,000,000:1, or less than 200,000,000:1, or less than 100,000,000:1, or less than 10,000,000:1, or less than 1,000,000:1, or less than 500,000:1, or less than 250,000:1, or 200,000: less than 1 , or less than 100,000:1, or less than 50,000:1, or less than 10,000:1, or less than 5,000:1, or less than 1,000:1, or less than 500:1, or less than 200:1, or less than 100:1, or less than 50:1, or less than 25:1, or less than 10:1, or less than 1:1, or less than 1:10. The molar ratio (or mass ratio) in the aqueous feed solution of the at least two metals to the at least one impurity (or the mole ratio (or mass ratio) in the aqueous feed solution of the at least two metals to all impurities) is at least about 2,000,000:1, or at least about 1,000,000. :1, or at least about 100,000:1, or at least about 60,000:1, or at least about 30,000:1, or at least about 20,000:1, or at least about 10,000:1, or at least about 5,000:1, or at least about 1,000: 1, or at least about 500:1, or at least about 200:1, or at least about 100:1, or at least about 50:1, or at least about 10:1. This means the sum of the molar amounts (or mass amounts) of at least two or more metals, but may also mean one of at least one impurity, or the sum of the molar amounts (or mass amounts) of all such impurities. At least one, optionally more than one, and possibly all, of the impurities may be selected from the group consisting of calcium, magnesium, lithium, sodium, potassium and ammonium. In one implementation, the at least one impurity in the aqueous feed is selected from the group consisting of calcium, magnesium, iron, aluminum, copper, zinc, lead, sulfur, sodium, potassium, ammonium, and lithium.

본원에서 금속에 대한 언급은 문맥상 그렇게 나타내지 않는 한 금속이 O 산화 상태에 있다는 것을 의미하지 않는다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 니켈에 대한 언급은 문맥에 따라 Ni(0), Ni(II) 및 Ni(III) 중 일부 또는 전부를 의미할 수 있다. 한 구현양태에서, 니켈, 코발트 및 망간으로부터 선택된 적어도 2개의 금속은 모두 니켈, 코발트 및 망간이다. 니켈, 코발트 및 망간은 임의의 적합한 산화 상태일 수 있다. 한 구현양태에서, 적어도 2개의 금속은 Ni(II), Co(II) 및 Mn(II)로부터 선택된다.It should be understood that references to metals herein do not imply that the metal is in the O oxidation state unless the context so indicates. For example, reference to nickel may mean any or all of Ni(0), Ni(II), and Ni(III), depending on the context. In one implementation, the at least two metals selected from nickel, cobalt, and manganese are all nickel, cobalt, and manganese. Nickel, cobalt and manganese may be in any suitable oxidation state. In one implementation, the at least two metals are selected from Ni(II), Co(II), and Mn(II).

일부 구현양태에서, 단계 (i)의 공급 용액은 7.0 미만, 또는 6.75 미만, 또는 6.5 미만, 또는 6.25 미만, 또는 6.2 미만, 또는 6.0 미만, 또는 5.75, 5.50, 5.25, 5.0, 4.75, 4.50, 4.25, 4.0, 3.75, 3.50, 3.25, 3.0, 2.75, 2.50 또는 2.0 미만의 pH일 수 있다. 단계 (i)의 공급 용액은 pH가 2.0 초과, 또는 2.25, 2.50, 2.75, 3.0, 3.25, 3.50, 3.75, 4.0, 4.25, 4.50, 4.75, 5.0, 5.25, 5.50, 5.75, 6.0 또는 6.2 초과일 수 있다. 특정 구현양태에서, 단계 (i)의 공급 용액의 pH는 1.0 내지 4.0, 2.0 내지 4.0, 4.0 내지 6.0, 2.0 내지 3.0, 3.0 내지 4.0, 4.0 내지 5.0 또는 5.0 내지 6.0, 또는 6.0 내지 7.0일 수 있다. 일부 구현양태에서, 단계 (i)의 공급 용액의 pH는 1.0 내지 1.5, 1.5 내지 2.0, 2.0 내지 2.5, 2.5 내지 3.0, 3.0 내지 3.5, 3.5 내지 4.0, 4.0 내지 4.5, 4.5 내지 5.0, 5.0 내지 5.5, 또는 5.5 내지 6.0, 또는 6.0 내지 6.5, 또는 6.5 내지 7.0일 수 있다. 단계 (i)의 공급 용액의 pH는 약 2.5 내지 3.5일 수 있다. 약 3.0일 수 있다.In some embodiments, the feed solution of step (i) is less than 7.0, or less than 6.75, or less than 6.5, or less than 6.25, or less than 6.2, or less than 6.0, or 5.75, 5.50, 5.25, 5.0, 4.75, 4.50, 4.25 , 4.0, 3.75, 3.50, 3.25, 3.0, 2.75, 2.50 or a pH of less than 2.0. The feed solution of step (i) may have a pH greater than 2.0, or greater than 2.25, 2.50, 2.75, 3.0, 3.25, 3.50, 3.75, 4.0, 4.25, 4.50, 4.75, 5.0, 5.25, 5.50, 5.75, 6.0 or 6.2. there is. In certain embodiments, the pH of the feed solution in step (i) can be 1.0 to 4.0, 2.0 to 4.0, 4.0 to 6.0, 2.0 to 3.0, 3.0 to 4.0, 4.0 to 5.0 or 5.0 to 6.0, or 6.0 to 7.0. . In some embodiments, the pH of the feed solution of step (i) is 1.0 to 1.5, 1.5 to 2.0, 2.0 to 2.5, 2.5 to 3.0, 3.0 to 3.5, 3.5 to 4.0, 4.0 to 4.5, 4.5 to 5.0, 5.0 to 5.5. , or 5.5 to 6.0, or 6.0 to 6.5, or 6.5 to 7.0. The pH of the feed solution in step (i) may be about 2.5 to 3.5. It may be about 3.0.

수성 공급 용액은 니켈, 코발트 및 망간으로부터 선택되는 적어도 2개의 금속을 포함하는 침출수일 수 있다. 단계 (i)는 공급 용액을 생성하는 것을 포함할 수 있다. 본 명세서의 방법에 의해 침출수를 생산하는 것을 포함할 수 있다. 한 구현양태에서 공급 용액은 침출수일 수 있거나 침출수는 수성 공급 용액을 제공하는 데 사용될 수 있다. 본 구현양태에서 "수성 공급 용액을 제공하기 위해 사용된"이라는 용어는 침출수가 수성 공급 용액으로 직접 사용된다는 것을 의미할 수 있거나, 침출수가 추가로 가공되거나 처리되고 후속적으로 가공되거나 처리된 용액이 단계 (i)의 수성 공급 용액이라는 것을 의미할 수 있다.The aqueous feed solution may be a leachate containing at least two metals selected from nickel, cobalt and manganese. Step (i) may include producing a feed solution. It may include producing leachate by the method described herein. In one implementation, the feed solution may be a leachate or a leachate may be used to provide an aqueous feed solution. In this embodiment, the term “used to provide an aqueous feed solution” can mean that the leachate is used directly as an aqueous feed solution, or that the leachate is further processed or treated and that the subsequently processed or treated solution is This may mean that it is the aqueous feed solution of step (i).

따라서, 본 발명의 구현양태에서 단계 (i) 이전에 방법은 다음 단계들을 포함할 수 있다(또는 단계 (i)는 포함할 수 있다):Accordingly, in an embodiment of the invention prior to step (i) the method may include (or step (i) may include) the following steps:

A. 니켈, 코발트 및 망간으로부터 선택되는 적어도 하나의 금속을 포함하는 공급 혼합물을 제공하는 단계, 상기 공급 혼합물은 산화된 공급물, 환원된 공급물 또는 비산화된 공급물 중 하나이며, 여기서: A. providing a feed mixture comprising at least one metal selected from nickel, cobalt, and manganese, the feed mixture being one of an oxidized feed, a reduced feed, or a non-oxidized feed, wherein:

산화된 공급물은 2 미만의 산화 상태에서보다 2 초과의 산화 상태에서 적어도 하나의 금속을 더 많이 갖고; The oxidized feed has more of at least one metal in an oxidation state greater than 2 than in an oxidation state less than 2;

환원된 공급물은 2 초과의 산화 상태에서보다 2 미만의 산화 상태에서 적어도 하나의 금속을 더 많이 갖거나, 2의 산화 상태에서 적어도 하나의 금속을 실질적으로 모두 갖고 황화물 형태의 적어도 하나의 금속 중 적어도 일부를 갖고; 그리고 The reduced feed has more of the at least one metal in an oxidation state of less than 2 than in an oxidation state of greater than 2, or has substantially all of the at least one metal in an oxidation state of 2 and at least one of the metals in sulfide form. Have at least some of it; and

비산화된 공급물은 2의 산화 상태의 적어도 하나의 금속을 실질적으로 모두 갖고 황화물 형태의 적어도 하나의 금속은 실질적으로 전혀 갖지 않으며; The unoxidized feed has substantially all of the at least one metal in the oxidation state of 2 and substantially none of the at least one metal in the sulfide form;

B. 공급 혼합물을 수용액으로 처리하여 상기 적어도 하나의 금속을 포함하는 침출수를 형성하며, 여기서 수용액의 pH는 침출수의 pH가 약 -1 내지 약 7(또는 약 -1 내지 약 6, 또는 약 1 내지 약 7, 또는 약 1 내지 약 6이)이 되도록 하고, 여기서: B. The feed mixture is treated with an aqueous solution to form a leachate comprising the at least one metal, wherein the pH of the aqueous solution is from about -1 to about 7 (or about -1 to about 6, or about 1 to about 7). , or about 1 to about 6), where:

공급 혼합물이 산화된 공급물인 경우, 처리는 환원제를 포함하는 시약을 첨가하는 것을 추가로 포함하고; 그리고 If the feed mixture is an oxidized feed, the treatment further comprises adding a reagent comprising a reducing agent; and

공급 혼합물이 환원된 공급물인 경우, 처리는 산화제를 포함하는 시약을 첨가하는 것을 추가로 포함하고; If the feed mixture is a reduced feed, the treatment further comprises adding a reagent comprising an oxidizing agent;

이로써 침출수는 2의 산화 상태인 적어도 하나의 금속을 포함한다.The leachate thereby contains at least one metal in oxidation state 2.

이 구현양태에서, "더 많은 것을 갖는다"라는 문구(예를 들어, "산화된 공급물은 2 미만의 산화 상태에서보다 2 초과 산화 상태에서 적어도 하나의 금속을 더 많이 갖는다"라는 문구에서)는 '더 큰 몰 농도를 갖는다'로 간주되어야 한다. 용어 "실질적으로 모두"는 각각 몰 기준으로 적어도 90%, 적어도 95%, 적어도 99%, 적어도 99.5% 또는 적어도 99%를 의미할 수 있다. 아래에 설명된 다양한 옵션과 구현양태는 개별적으로 또는 임의의 적절한 조합으로 사용될 수 있다.In this embodiment, the phrase "has more" (e.g., in the phrase "the oxidized feed has more of at least one metal in an oxidation state greater than 2 than in an oxidation state less than 2") means should be considered 'having a greater molar concentration'. The term “substantially all” can mean at least 90%, at least 95%, at least 99%, at least 99.5% or at least 99%, respectively, on a molar basis. The various options and implementations described below may be used individually or in any suitable combination.

한 구현양태에서, 적어도 하나의 금속은 적어도 2개의 금속일 수 있다.In one implementation, the at least one metal can be at least two metals.

한 구현양태에서, 단계 (i)는 다음을 포함한다:In one implementation, step (i) includes:

적어도 2개의 금속을 포함하는 공급 혼합물을 제공하는 단계, 상기 공급 혼합물은 산화된 공급물, 환원된 공급물 또는 비산화된 공급물 중 하나이며, 여기서:providing a feed mixture comprising at least two metals, the feed mixture being one of an oxidized feed, a reduced feed, or a non-oxidized feed, wherein:

산화된 공급물은 2 미만의 산화 상태에서보다 2 초과의 산화 상태에서 적어도 2개의 금속을 더 많이 갖고; The oxidized feed has more of at least two metals in an oxidation state greater than 2 than in an oxidation state less than 2;

환원된 공급물은 2 초과 산화 상태에서보다 2 미만의 산화 상태에서 적어도 2개의 금속을 더 많이 갖거나, 2의 산화 상태에서 적어도 2개 금속을 실질적으로 모두 갖고 황화물 형태의 적어도 2개의 금속 중 적어도 일부를 갖고; 그리고 The reduced feed has more of the at least two metals in an oxidation state of less than 2 than in an oxidation state of more than 2, or has substantially all of the at least two metals in an oxidation state of 2 and at least one of the two metals in sulfide form. have some; and

비산화된 공급물은 2의 산화 상태에서 적어도 2개의 금속을 실질적으로 모두 갖고 황화물 형태의 적어도 2개의 금속은 실질적으로 전혀 갖지 않으며; The unoxidized feed has substantially all of the at least two metals in the 2 oxidation state and substantially none of the at least two metals in the sulfide form;

공급 혼합물을 수용액으로 처리하여 상기 적어도 2개의 금속을 포함하는 침출수를 형성하는 단계, 여기서 수용액의 pH는 침출수의 pH가 약 -1 내지 약 6(또는 약 1 내지 약 6)이 되도록 하고 여기서:treating the feed mixture with an aqueous solution to form a leachate comprising said at least two metals, wherein the pH of the aqueous solution is such that the pH of the leachate is from about -1 to about 6 (or from about 1 to about 6), wherein:

공급 혼합물이 산화된 공급물인 경우, 처리는 환원제를 포함하는 시약을 첨가하는 것을 추가로 포함하고; 그리고 If the feed mixture is an oxidized feed, the treatment further comprises adding a reagent comprising a reducing agent; and

공급 혼합물이 환원된 공급물 경우, 처리는 산화제를 포함하는 시약을 첨가하는 것을 추가로 포함하고; If the feed mixture is a reduced feed, the treatment further comprises adding a reagent comprising an oxidizing agent;

이로써 침출수는 2의 산화 상태인 적어도 2개의 금속을 포함하고, This ensures that the leachate contains at least two metals in an oxidation state of 2,

수성 공급 용액을 제공하기 위해, 상기 수성 공급 용액은 침출수이다.To provide an aqueous feed solution, the aqueous feed solution is leachate.

상기 정의된 산화된 공급물의 예는 5:2:1 몰비의 Ni(II), Co(III) 및 Mn(0)의 혼합물 또는 2:1:1 비율의 Ni(III), Co(II) 및 Mn(III)의 혼합물 또는 Co가 존재하지 않는 임의의 비율의 Ni(II) 및 Mn(III)을 포함할 수 있다. 위에서 정의한 환원된 공급물의 예에는 임의 비율의 Ni(II), Co(II) 및 Mn(II)S의 혼합물, 또는 5:2:1 몰비의 Ni(0), Mn(II) 및 Co(II)의 혼합물이 포함될 수 있다. 본 명세서에서 산화 상태(II)는 2 또는 +2의 산화 상태로 지칭될 수 있으며 이들은 상호교환적으로 사용된다는 점에 유의해야 한다. 한 구현양태에서, 침출수는 Co(II), Mn(II) 및 Ni(II)를 포함한다.Examples of oxidized feeds as defined above include mixtures of Ni(II), Co(III) and Mn(0) in a 5:2:1 molar ratio or Ni(III), Co(II) and Mn(0) in a 2:1:1 ratio. It may comprise a mixture of Mn(III) or Ni(II) and Mn(III) in any ratio without Co present. Examples of reduced feeds as defined above include mixtures of Ni(II), Co(II), and Mn(II)S in any ratio, or Ni(0), Mn(II), and Co(II) in a 5:2:1 molar ratio. ) may include a mixture of It should be noted that oxidation state (II) may be referred to herein as an oxidation state of 2 or +2 and these are used interchangeably. In one implementation, the leachate includes Co(II), Mn(II), and Ni(II).

한 구현양태에서, 니켈, 코발트 및/또는 망간 라테라이트 광석은 전형적으로 산화된 공급물로 간주될 것이다. 다른 구현양태에서, 혼합 수산화물 침전물, 혼합 탄산염 침전물, 또는 니켈, 코발트 및/또는 망간의 산화물 또는 탄산염은 전형적으로 산화된 공급물 또는 비산화된 공급물인 것으로 간주될 것이다. 한 구현양태에서, 니켈 및/또는 코발트 황화물 광석 또는 농축물은 전형적으로 환원된 공급물로 간주될 것이다. 다른 구현양태에서, 혼합된 황화물 침전물은 전형적으로 환원된 공급물로 간주될 것이다. 다른 구현양태에서, 페로니켈, 니켈 선철 및 니켈, 코발트 및/또는 망간 금속 합금은 전형적으로 환원된 공급물로 간주될 것이다. 추가 구현양태에서, 리튬이온 배터리로부터 재활용된 물질는 전형적으로 산화된 공급물로 간주될 것이다.In one implementation, nickel, cobalt and/or manganese laterite ores would typically be considered oxidized feed. In other embodiments, the mixed hydroxide precipitate, mixed carbonate precipitate, or oxide or carbonate of nickel, cobalt and/or manganese will typically be considered to be an oxidized feed or a non-oxidized feed. In one implementation, the nickel and/or cobalt sulfide ore or concentrate will typically be considered a reduced feed. In other embodiments, the mixed sulfide precipitate will typically be considered a reduced feed. In other implementations, ferronickel, nickel pig iron and nickel, cobalt and/or manganese metal alloys will typically be considered reduced feeds. In a further embodiment, material recycled from a lithium-ion battery would typically be considered an oxidized feed.

한 구현양태에서 혼합물은 니켈, 코발트 및 망간을 포함하며, 이에 따라 수용액은 니켈, 코발트 및 망간을 포함한다. 또 다른 구현양태에서는 이들 금속 중 하나가 혼합물에 존재하지 않으며, 이에 따라 수용액은 니켈, 코발트 및 망간 중 두 개를 포함하고 다른 하나는 포함하지 않는다.In one embodiment the mixture comprises nickel, cobalt and manganese, such that the aqueous solution comprises nickel, cobalt and manganese. In another embodiment, one of these metals is not present in the mixture, such that the aqueous solution contains two of nickel, cobalt and manganese and no other.

한 구현양태에서 공급 혼합물은 산화된 공급물이고, 시약은 환원제를 포함한다. 다른 구현양태에서 공급 혼합물은 환원된 공급물이고 시약은 산화제를 포함한다. 추가 구현양태에서 공급 혼합물은 비산화된 공급물이고 환원제 또는 산화제가 사용되지 않는다.In one implementation, the feed mixture is an oxidized feed and the reagent includes a reducing agent. In another embodiment, the feed mixture is a reduced feed and the reagent includes an oxidizing agent. In a further embodiment the feed mixture is a non-oxidized feed and no reducing or oxidizing agents are used.

이전에 공개된 공정은 침출 단계를 위해 pH가 0 미만인 매우 강한 산인 4M 황산 용액을 사용한다. 이는 부식성이 매우 강한 산이며 철, 알루미늄 및 구리을 포함한 불순물 원소의 상당한 용해를 초래한다. 철 및 알루미늄과 같은 원소가 용해되면 침출 단계에서 더 많은 산이 소비되고, 침전에서 이들의 분리 및/또는 제거 또는 기타 불순물 분리 및/또는 제거는 더 많은 염기 또는 기타 시약을 소비하게 된다.The previously published process uses a 4M sulfuric acid solution, a very strong acid with a pH below 0, for the leaching step. It is a highly corrosive acid and causes significant dissolution of impurity elements including iron, aluminum and copper. When elements such as iron and aluminum are dissolved, more acid is consumed in the leaching step, and their separation and/or removal in precipitation or separation and/or removal of other impurities consumes more base or other reagents.

대조적으로, 위에 기술된 침출 단계는 약 1 내지 약 7 또는 약 1 내지 약 6의 pH(황산의 pH 1 용액은 약 0.05 M 황산에 해당)의 수용액에서 혼합물을 처리하는 것을 포함한다. 이 덜 산성인 pH에서는 철, 알루미늄, 그리고 그 정도가 덜한 구리의 용해가 덜 유리할 것이다. 반대로, 니켈, 코발트 및 망간은 +2 산화 상태에 있을 때 약 pH 6 이하에서 모두 가용성이 된다. 이 단계를 사용하면 보다 산성인 조건을 사용하는 선행 기술 접근법과 비교할 때 향상된 순도로 Ni, Mn 및 Co 중 적어도 2개를 공-침전시키는 데 적합한 용액을 제조하는 놀랍도록 효과적이고 비용 효과적인 방법을 제공한다. 당업자는 일상적인 실험 및/또는 이론에 의해 목표 pH를 달성하는 데 필요한 특정 산의 양과 농도를 쉽게 결정할 수 있다는 점에 유의해야 한다.In contrast, the leaching step described above involves treating the mixture in an aqueous solution at a pH of about 1 to about 7 or about 1 to about 6 (a pH 1 solution of sulfuric acid corresponds to about 0.05 M sulfuric acid). At this less acidic pH, the dissolution of iron, aluminum, and to a lesser extent copper will be less favorable. Conversely, nickel, cobalt, and manganese are all soluble below about pH 6 when they are in the +2 oxidation state. Use of this step provides a surprisingly effective and cost-effective way to prepare solutions suitable for co-precipitating at least two of Ni, Mn and Co with improved purity when compared to prior art approaches using more acidic conditions. do. It should be noted that one skilled in the art can readily determine, by routine experimentation and/or theory, the amount and concentration of a particular acid needed to achieve the target pH.

혼합물은 고체 혼합물일 수 있다. 이는 니켈, 망간 및 코발트의 적어도 일부가 고체 형태(예를 들어 슬러리)인 혼합물일 수 있다. 한 구현양태에서, 혼합물은 혼합 수산화물 침전물(또는 "MHP")이다. MHP는 니켈 함유 광석의 상업적 가공에서 알려진 중간 생성물인 고체 혼합 니켈-코발트 수산화물 침전물이다. MHP는 황화물 니켈 광석, 또는 라테라이트 니켈 광석으로부터 유래될 수 있다. 이러한 MHP는 산화된 공급물을 제공할 수 있다. 이는 MHP 중에서 망간과 코발트의 적어도 일부가 산화된 형태로 존재할 수 있기 때문이다. MHP는 원유 재활용 공정 또는 임의의 니켈 및 코발트 함유 수용액으로부터 유래될 수 있다.The mixture may be a solid mixture. This may be a mixture in which at least some of the nickel, manganese and cobalt are in solid form (eg a slurry). In one implementation, the mixture is a mixed hydroxide precipitate (or “MHP”). MHP is a solid mixed nickel-cobalt hydroxide precipitate that is a known intermediate product in the commercial processing of nickel-bearing ores. MHP may be derived from sulfide nickel ore, or laterite nickel ore. These MHPs can provide oxidized feed. This is because at least some of the manganese and cobalt in MHP may exist in oxidized form. MHP can be derived from crude oil recycling processes or from any nickel and cobalt containing aqueous solutions.

한 구현양태에서, 혼합물은 PCT/AU2012/000058에 개시된 선택적 산 침출(Selective Acid Leach, SAL) 공정으로부터 수득한 생성물(일반적으로 고체 잔류물)이며, 여기서 pH 및 산화제의 양은 용액에 있는 니켈의 적어도 일부를 선택적으로 용해되도록 제어된다. 이 공정에서 산화제의 양은 일반적으로 코발트 및/또는 망간의 적어도 일부를 Co(III)로 산화시키는 양이다. 결과적으로, 이 공정을 사용하면 일반적으로 산화된 공급물이 제공된다. 위에서 설명한 것처럼 SAL 공정에서는 MHP가 사용된다.In one embodiment, the mixture is the product (generally a solid residue) obtained from the Selective Acid Leach (SAL) process disclosed in PCT/AU2012/000058, wherein the pH and the amount of oxidizing agent are determined by It is controlled so that some parts are selectively dissolved. The amount of oxidizing agent in this process is generally such that it oxidizes at least a portion of the cobalt and/or manganese to Co(III). As a result, use of this process generally provides an oxidized feed. As explained above, MHP is used in the SAL process.

따라서, 한 구현양태에서, 처리 이전에, 방법은:Accordingly, in one implementation, prior to processing, the method:

(a) 적어도 2개의 금속을 포함하는 MHP를 상기 금속 중 하나(특히 코발트)가 고체상에서 안정화되고 산성 용액에서 상기 금속 중 다른 하나를 용해시키는 pH에서 산성 용액(산화제를 포함할 수 있다)과 접촉시키는 단계; 및(a) contacting an MHP comprising at least two metals with an acidic solution (which may contain an oxidizing agent) at a pH such that one of the metals (particularly cobalt) is stabilized in the solid phase and the other metal is soluble in the acidic solution; ordering step; and

(b) 산성 용액으로부터 고체상을 분리하는 단계를 포함하고, 여기서 고체상은 적어도 2개의 금속을 포함하고, 고체상은 공급 혼합물의 적어도 일부를 형성한다.(b) separating the solid phase from the acidic solution, wherein the solid phase comprises at least two metals and the solid phase forms at least a portion of the feed mixture.

본 구현양태의 특정 형태에서, 이들 단계는:In certain forms of this embodiment, these steps are:

(a) 적어도 니켈 및 코발트, 및 임의로 또한 망간을 포함하는 MHP를 코발트가 고체상에서 안정화되고 산성 용액에서 니켈을 용해시키는 pH에서 산성 용액(산화제를 포함할 수 있다)과 접촉시키는 단계; 및(a) contacting the MHP comprising at least nickel and cobalt, and optionally also manganese, with an acidic solution (which may include an oxidizing agent) at a pH such that the cobalt is stabilized in the solid phase and the nickel is soluble in the acidic solution; and

(b) 산성 용액으로부터 고체상을 분리하는 단계를 포함하고, 여기서 고체상은 적어도 2개의 금속을 포함하고, 그 중 하나는 코발트이고 고체상은 공급 혼합물의 적어도 일부를 형성한다.(b) separating the solid phase from the acidic solution, wherein the solid phase comprises at least two metals, one of which is cobalt and the solid phase forms at least a portion of the feed mixture.

이 구현양태에서, 상기 적어도 2개의 금속을 포함하는 고체상은 공급 혼합물일 수 있다.In this embodiment, the solid phase comprising the at least two metals may be a feed mixture.

한 구현양태에서, MHP는 단계 (a) 이전에 세척된다. MHP는 세척 단계에서 산화제로 처리될 수 있다.In one implementation, the MHP is washed prior to step (a). MHP can be treated with an oxidizing agent in the washing step.

한 구현양태에서 공급 혼합물은 코발트 및 니켈을 포함하고, 단계 A는:In one implementation, the feed mixture includes cobalt and nickel, and Step A includes:

(a) 적어도 코발트와 니켈을 포함하는 혼합 수산화물 침전물 및/또는 혼합 탄산염 침전물을 코발트가 고체상에서 안정화되고 산성 용액에서 니켈을 용해시키는 pH에서 산화제를 포함하는 산성 용액과 접촉시키는 단계; 및(a) contacting the mixed hydroxide precipitate and/or the mixed carbonate precipitate comprising at least cobalt and nickel with an acidic solution comprising an oxidizing agent at a pH such that the cobalt is stabilized in the solid phase and the nickel is soluble in the acidic solution; and

(b) 산성 용액으로부터 고체상을 분리하는 단계를 포함하고, 여기서 고체상은 적어도 2개의 금속을 포함하며, 그 중 하나는 코발트이고; 여기서 고체상은 공급 혼합물의 적어도 일부를 형성한다.(b) separating a solid phase from the acidic solution, wherein the solid phase comprises at least two metals, one of which is cobalt; wherein the solid phase forms at least part of the feed mixture.

한 구현양태에서, 코발트는 Co(III)의 형태로 고체상으로 안정화된다. 한 구현양태에서, 망간은 Mn(III)의 형태로 단계 (a)의 고체상에서 안정화된다.In one embodiment, cobalt is stabilized in the solid phase in the form of Co(III). In one embodiment, the manganese is stabilized in the solid phase of step (a) in the form of Mn(III).

단계 (a)에서 산성 용액, 또는 수용액 또는 침출수의 pH는 약 1 내지 약 6, 또는 약 2 내지 6, 2 내지 5, 2 내지 4, 2 내지 3, 3 내지 5, 3 내지 6, 4 내지 6 또는 4 내지 5, 예를 들어 약 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5, 5, 5.5 또는 6일 수 있다. 단계의 pH(a)는 단계 (a) 종료시의 최종 pH일 수 있다. 단계 (a)의 pH는 단계 (a) 전체의 pH일 수 있다.The pH of the acidic solution, or aqueous solution, or leachate in step (a) is from about 1 to about 6, or about 2 to 6, 2 to 5, 2 to 4, 2 to 3, 3 to 5, 3 to 6, 4 to 6. or 4 to 5, for example about 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5, 5, 5.5 or 6. The pH(a) of step may be the final pH at the end of step (a). The pH of step (a) may be the pH of step (a) as a whole.

단계 (a) 또는 단계 B에서 산화제는 과황산염, 과산화물, 과망간산염, 과염소산염, 오존, 산소와 이산화황을 함유한 혼합물, 산화물 및 염소; 예를 들어 나트륨 또는 칼륨 과황산염, 나트륨 또는 칼륨 과망간산염, 오존, 마그네슘 또는 수소 과산화물, 염소 기체 또는 나트륨 또는 칼륨 과염소산염으로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다. 과황산염 또는 과망간산염일 수 있다. 나트륨 또는 칼륨 과황산염, 나트륨 또는 칼륨 과산화수소이황산염, 나트륨 또는 칼륨 과망간산염일 수 있다.The oxidizing agent in step (a) or step B may be persulfate, peroxide, permanganate, perchlorate, ozone, mixtures containing oxygen and sulfur dioxide, oxide and chlorine; For example, it may be selected from the group consisting of sodium or potassium persulfate, sodium or potassium permanganate, ozone, magnesium or hydrogen peroxide, chlorine gas or sodium or potassium perchlorate. It may be persulfate or permanganate. It may be sodium or potassium persulfate, sodium or potassium hydrogen peroxide disulfate, or sodium or potassium permanganate.

단계 (a)의 한 구현양태에서, 고체상에서 안정화되는 금속, 예를 들어 코발트와 망간의 합한 몰수에 대한 산화제의 화학양론적 당량 약 70% 내지 약 500%가 첨가된다; 예를 들어 약 80% 내지 400%; 80% 내지 200%, 또는 100% 내지 150%, 예를 들어 약 70, 80, 90, 100, 110, 120, 125, 130, 140, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450 또는 500%가 첨가된다.In one embodiment of step (a), about 70% to about 500% of the stoichiometric equivalents of oxidizing agent are added relative to the combined moles of metals, such as cobalt and manganese, to be stabilized in the solid phase; For example about 80% to 400%; 80% to 200%, or 100% to 150%, for example about 70, 80, 90, 100, 110, 120, 125, 130, 140, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450 or 500 % is added.

단계 (a)의 온도는 약 20℃ 초과 약 120℃ 미만, 또는 약 50℃ 초과 약 100℃ 미만, 또는 약 60℃ 내지 약 90℃일 수 있다. 이는 약 25, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 95, 100, 105, 110 또는 115℃일 수 있다.The temperature of step (a) may be greater than about 20°C but less than about 120°C, or greater than about 50°C but less than about 100°C, or between about 60°C and about 90°C. This may be about 25, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 95, 100, 105, 110 or 115 degrees Celsius.

단계 (b)에서, 분리 단계는 여과 단계일 수 있다.In step (b), the separation step may be a filtration step.

한 구현양태에서, 방법은 처리하기 전에 니켈, 코발트 및 망간으로부터 선택되는 적어도 2개의 금속을 포함하는 공급 혼합물로부터 불순물을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 상기 적어도 하나의 금속(또는 상기 적어도 2개의 금속)을 포함하는 혼합물(또는 전구체)을 약산 침출 용액(공급 혼합물의 적어도 일부를 제공할 수 있다)과 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다. 약산 침출 용액은 약 0.005 M 내지 약 0.5 M 산, 또는 약 0.01 M 내지 0.3 M, 0.01 M 내지 0.1 M, 0.02 M 내지 0.08 M, 0.03 M 내지 0.07 M, 0.04 M 내지 0.06 M 또는 0.0 5M 내지 0.1 M 산, 예를 들어 약 0.01, 0.02, 0.05, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4 또는 0.5M 산의 농도일 수 있다. 약산 침출 용액에서 산은 무기산일 수도 있고, 유기산일 수도 있다. 무기산은 황산, 염산 및 질산으로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다. 유기산은 아세트산 또는 포름산으로부터 선택될 수 있다. 다른 산도 적합할 수 있다. 약산 침출 용액의 산은 황산일 수 있다.In one implementation, the method may include removing impurities from a feed mixture comprising at least two metals selected from nickel, cobalt, and manganese prior to processing. The method may include contacting a mixture (or precursor) comprising the at least one metal (or the at least two metals) with a mild acid leaching solution (which may provide at least a portion of the feed mixture). A weak acid leaching solution may contain about 0.005 M to about 0.5 M acid, or about 0.01 M to 0.3 M, 0.01 M to 0.1 M, 0.02 M to 0.08 M, 0.03 M to 0.07 M, 0.04 M to 0.06 M, or 0.0 5 M to 0.1 M. The concentration of the acid may be, for example, about 0.01, 0.02, 0.05, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4 or 0.5 M acid. In a weak acid leaching solution, the acid may be an inorganic acid or an organic acid. The inorganic acid may be selected from the group consisting of sulfuric acid, hydrochloric acid and nitric acid. The organic acid may be selected from acetic acid or formic acid. Other acids may also be suitable. The acid in the weak acid leaching solution may be sulfuric acid.

단계 (a)는 임의의 적합한 압력, 일반적으로 대기압에서 수행될 수 있다. 단계 (a)에서는 슬러리를 제공할 수 있다. 슬러리는 약 1 wt% 내지 약 40 wt% 고체, 또는 약 5 wt% 내지 약 40 wt% 고체, 또는 약 10 wt% 내지 약 30 wt% 고체, 예를 들어 약 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35 또는 40 wt% 고체를 가질 수 있다.Step (a) may be carried out at any suitable pressure, generally atmospheric pressure. In step (a), a slurry may be provided. The slurry may contain from about 1 wt% to about 40 wt% solids, or from about 5 wt% to about 40 wt% solids, or from about 10 wt% to about 30 wt% solids, for example about 1, 5, 10, 15, 20 , may have 25, 30, 35 or 40 wt% solids.

단계 (a) 후에, 고체는, 예를 들어 여과에 의해 액체로부터 분리될 수 있다. 고체는 단계 B에서 공급 혼합물로서 사용될 수 있다. 단계 (a)는 칼슘, 마그네슘 및 아연 중 하나 이상으로 구성된 군으로부터 선택된 불순물을 제거 및/또는 분리하는 데 유용할 수 있다. 이는 추가로 또는 대안적으로 다른 불순물을 제거 및/또는 분리할 수 있다.After step (a), the solid can be separated from the liquid, for example by filtration. Solids can be used as the feed mixture in step B. Step (a) may be useful for removing and/or separating impurities selected from the group consisting of one or more of calcium, magnesium and zinc. This may additionally or alternatively remove and/or separate other impurities.

다른 구현양태에서, 공급 혼합물은 리튬이온 배터리, 특히 리튬이온 배터리로부터의 음극 물질로부터 유래되거나 수득되는 생성물이다. 재활용된 NMC 물질로 부터 유래될 수도 있다. 이는 니켈, 코발트 및 망간의 합한 양을 건조 기준으로 약 1 wt% 초과 또는 약 2, 3, 4, 5, 10, 20, 30, 40, 50 또는 60 wt% 초과할 수 있다. 이는 건조 기준으로 약 0.1 wt% 초과, 또는 약 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 20, 30 또는 35 wt% 초과의 니켈을 포함할 수 있다. 이는 건조 기준으로 약 0.1 wt% 초과, 또는 약 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 1, 2, 3, 4, 5 또는 10 wt% 초과의 코발트를 포함할 수 있다. 이는 건조 기준으로 약 0.1 wt% 초과, 또는 약 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 10 또는 15 wt% 초과의 망간을 포함할 수 있다.In another embodiment, the feed mixture is a product derived from or obtained from a lithium-ion battery, particularly a negative electrode material from a lithium-ion battery. It may also be derived from recycled NMC material. It may exceed the combined amount of nickel, cobalt and manganese by more than about 1 wt% or by about 2, 3, 4, 5, 10, 20, 30, 40, 50 or 60 wt% on a dry basis. It may comprise greater than about 0.1 wt%, or greater than about 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 20, 30 or 35 wt% nickel on a dry basis. It may comprise greater than about 0.1 wt% cobalt, or greater than about 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 1, 2, 3, 4, 5 or 10 wt% cobalt on a dry basis. It may contain greater than about 0.1 wt% manganese, or greater than about 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 10 or 15 wt% manganese on a dry basis.

결과적으로, 또 다른 구현양태에서, 상기 처리 전에, 방법은 방전된 리튬이온 배터리로부터 음극 물질을 분리하는 단계를 포함할 수 있다. 분리 단계는 배터리를 파쇄하거나 분쇄하는 것을 포함할 수 있다. 분리 단계는 리튬이온 배터리의 케이싱을 제거하는 것을 포함할 수 있다. 분리 단계는 케이싱, 전해질, 양극 및 음극을 분리하는 것을 포함할 수 있다. 분리된 음극 물질은 처리될 혼합물을 형성할 수 있거나, 처리될 혼합물은 제1 측면의 방법에서 분리된 음극 물질로부터 유래될 수 있다.Consequently, in another implementation, prior to the processing, the method may include separating the negative electrode material from the discharged lithium-ion battery. The separation step may include shredding or pulverizing the battery. The disconnection step may include removing the casing of the lithium-ion battery. The separation step may include separating the casing, electrolyte, anode, and cathode. The separated cathode material may form a mixture to be treated, or the mixture to be treated may be derived from the separated cathode material in the method of the first aspect.

음극 물질이 제조될 때, 음극을 하소하여 니켈, 코발트 및 망간을 산화시킨다. 결과적으로, 일단 음극이 사용되고 재활용되면, 사용한 음극 물질은 SAL 공정 잔류물과 매우 유사한 화학적 상태에 있게 된다. 따라서, 사용한 음극 물질은 본 발명의 제1 측면의 방법에 사용될 수 있다.When the cathode material is manufactured, the cathode is calcined to oxidize nickel, cobalt, and manganese. As a result, once the cathode is used and recycled, the spent cathode material is in a chemical state very similar to the SAL process residue. Accordingly, the used cathode material can be used in the method of the first aspect of the present invention.

한 구현양태에서, 처리될 혼합물은 PCT/AU2012/000058(상기 기재된 바와 같다)에 개시된 선택적 산 침출(SAL) 공정으로부터 수득한 생성물(특히 고체 잔류물)일 수 있고; 재활용 리튬이온 배터리로부터의 생성물; 재활용 NMC 물질로부터의 생성물; 또는 이들의 조합일 수 있다.In one implementation, the mixture to be treated may be the product (particularly the solid residue) obtained from the selective acid leaching (SAL) process disclosed in PCT/AU2012/000058 (as described above); Products from recycled lithium-ion batteries; Products from recycled NMC materials; Or it may be a combination thereof.

한 구현양태에서, 공급물은 혼합물이다. 다른 구현양태에서는 여과 케이크, 예를 들어 습윤 여과 케이크이다. 다른 구현양태에서는 슬러리이다. 슬러리는 약 1 wt% 내지 약 40 wt% 고체, 또는 5 wt% 내지 약 40 wt% 고체, 또는 약 10 wt% 내지 약 30 wt% 고체, 예를 들어 약 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35 또는 40 wt% 고체를 가질 수 있다. In one implementation, the feed is a mixture. In another embodiment it is a filter cake, for example a wet filter cake. In another embodiment, it is a slurry. The slurry may contain from about 1 wt% to about 40 wt% solids, or from 5 wt% to about 40 wt% solids, or from about 10 wt% to about 30 wt% solids, for example about 5, 10, 15, 20, 25, Can have 30, 35 or 40 wt% solids.

단계 A 및 B를 포함하는 상기 구현양태의 방법에서, 공급 혼합물 중의 니켈, 코발트 및/또는 망간으로부터 선택된 적어도 하나의 금속(또는 적어도 2개의 금속)의 적어도 일부는 산화된 상태, 즉 2보다 큰 산화 상태일 수 있다. 위에서 논의한 바와 같이, SAL 공정에서 수득한 고체 잔류물에 존재하는 니켈, 망간 및 코발트의 상당 부분이 산화된 상태일 수 있다. 이러한 산화된 금속 성분과 관련된 낮은 용해도로 인해, 약 1 내지 약 6의 pH에서 수용액에서 이들 금속의 용해도는 환원제 처리를 통해 상당히 개선될 수 있다. 이에 의해 2의 산화상태로 환원된 코발트, 망간 및 니켈은 용액 중의 하나 이상의 불순물(또는 침출 불순물)에 대하여 선택적으로 수용액에 용해될 수 있다.In the process of this embodiment comprising steps A and B, at least a portion of the at least one metal (or at least two metals) selected from nickel, cobalt and/or manganese in the feed mixture is in an oxidized state, i.e. in an oxidation state of greater than 2. It may be a state. As discussed above, a significant portion of the nickel, manganese, and cobalt present in the solid residue obtained from the SAL process may be in an oxidized state. Due to the low solubility associated with these oxidized metal components, the solubility of these metals in aqueous solutions at a pH of about 1 to about 6 can be significantly improved through treatment with a reducing agent. As a result, cobalt, manganese, and nickel reduced to the oxidation state of 2 can be selectively dissolved in an aqueous solution with respect to one or more impurities (or leaching impurities) in the solution.

한 구현양태에서, 처리된 공급 혼합물에서 코발트, 망간 및 니켈로부터 선택된 적어도 하나의 금속(또는 적어도 2개의 금속)의 적어도 약 5%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50% 또는 60%는 산화된 상태이다.In one embodiment, at least about 5%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50% or 60% of at least one metal (or at least two metals) selected from cobalt, manganese and nickel in the treated feed mixture. % is in oxidized state.

산화된 형태의 코발트는 Co(III) 및/또는 Co(IV); 특히 Co(III)를 포함할 수 있다. 산화된 형태의 망간은 Mn(III), Mn(IV) 및 Mn(V) 중 하나 이상; 일반적으로 Mn(III)을 포함할 수 있다. 니켈의 산화된 형태는 Ni(III) 및/또는 Ni(IV), 일반적으로 Ni(III)을 포함할 수 있다. 혼합물은 또한 원하는 (II) 상태의 상당량의 코발트, 망간 및/또는 니켈을 포함할 수 있다.Oxidized forms of cobalt include Co(III) and/or Co(IV); In particular, it may include Co(III). Oxidized forms of manganese include one or more of Mn(III), Mn(IV), and Mn(V); Generally, it may contain Mn(III). Oxidized forms of nickel may include Ni(III) and/or Ni(IV), generally Ni(III). The mixture may also contain significant amounts of cobalt, manganese and/or nickel in the desired (II) state.

그러나, 고체 잔류물 내의 주요 침출 불순물 중 일부, 특히 철(Fe), 알루미늄(Al) 및 덜한 정도의 구리(Cu)의 용해도 프로파일은 원하는 니켈, 망간, 코발트 성분의 용해도 프로파일과 어느 정도 겹친다. 예를 들어, 니켈, 망간, 코발트 및 철(Fe(II))의 원하는 +2 산화 상태 형태는 모두 약 pH 3 내지 약 7 사이에서 상대적으로 용해되는 반면, 이들 금속의 산화된 형태는 약 pH 3 이하의 수용액에서 상당히 용해되기 시작한다. 알루미늄과 구리의 경우, 이들 침출 불순물 중 어느 것도 니켈, 망간 및 코발트와 동일한 산화/환원 거동을 갖지 않지만, 이들은 각각 약 pH 3 및 약 4 미만의 수용액에 상당히 용해된다.However, the solubility profiles of some of the major leaching impurities in the solid residue, especially iron (Fe), aluminum (Al), and to a lesser extent copper (Cu), overlap to some extent with the solubility profiles of the desired nickel, manganese, and cobalt components. For example, the desired +2 oxidation state forms of nickel, manganese, cobalt, and iron (Fe(II)) are all relatively soluble between about pH 3 and about 7, whereas the oxidized forms of these metals are relatively soluble at about pH 3. It begins to dissolve significantly in aqueous solutions below. In the case of aluminum and copper, none of these leaching impurities have the same oxidation/reduction behavior as nickel, manganese and cobalt, but they are significantly soluble in aqueous solutions below pH about 3 and about 4, respectively.

한 구현양태에서, 공급 혼합물은 하나 이상의 침출 불순물을 포함할 수 있다. 하나 이상의 침출 불순물은 철, 알루미늄, 구리, 바륨, 카드뮴, 칼슘, 탄소, 크롬, 납, 리튬, 마그네슘, 칼륨, 불화물, 인, 나트륨, 규소, 스칸듐, 황, 티타늄, 아연, 비소 및 지르코늄으로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다.In one implementation, the feed mixture may include one or more leaching impurities. One or more leaching impurities consisting of iron, aluminum, copper, barium, cadmium, calcium, carbon, chromium, lead, lithium, magnesium, potassium, fluoride, phosphorus, sodium, silicon, scandium, sulfur, titanium, zinc, arsenic and zirconium. Can be selected from the group.

대부분의 경우, 이들 침출 불순물의 유형 및 양은 방법이 수행되기 전에 고체 잔류물이 얼마나 많은 처리를 받았는지, 그리고 어떤 물질이 출발 물질로 사용되었는지에 따라 크게 좌우된다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, SAL 공정에서 직접 고체 잔류물을 얻은 경우, 잔류물은 음극 활성 물질(CAM) 자체에서 직접 얻은 잔류물보다 훨씬 더 많은 철(Fe)과 알루미늄(Al)을 함유할 가능성이 높으며, 특히 CAM이 먼저 재활용 과정을 통해 부분적으로 처리된 경우에는 더욱 그렇다.It will be appreciated that, in most cases, the type and amount of these leaching impurities will largely depend on how much treatment the solid residue has undergone before the process is performed and what material is used as the starting material. For example, if solid residues are obtained directly from the SAL process, the residues are likely to contain significantly more iron (Fe) and aluminum (Al) than residues obtained directly from the cathode active material (CAM) itself. This is especially true if the CAM has first been partially processed through a recycling process.

한 구현양태에서, 처리에 사용되는 수용액은 침출제를 포함한다. 침출제는 산일 수 있다. 산은 약 1 내지 약 7, 또는 약 1 내지 약 6의 pH를 제공하는 데 사용될 수 있다. 침출제는 무기산 또는 유기산일 수 있다. 무기산은 황산, 염산 및 질산으로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다. 유기산은 아세트산 또는 포름산 중에서 선택될 수 있다. 다른 산도 적합할 수 있다. 침출제는 황산일 수 있다.In one implementation, the aqueous solution used for treatment includes a leaching agent. The leaching agent may be an acid. Acids can be used to provide a pH of about 1 to about 7, or about 1 to about 6. The leaching agent may be an inorganic acid or an organic acid. The inorganic acid may be selected from the group consisting of sulfuric acid, hydrochloric acid and nitric acid. The organic acid may be selected from acetic acid or formic acid. Other acids may also be suitable. The leaching agent may be sulfuric acid.

수용액은 7.0 미만, 6.75, 6.50, 6.25, 6.0, 5.75, 5.50, 5.25, 5.0, 4.75, 4.50, 4.25, 4.0, 3.75, 3.50, 3.25, 3.0, 2.75, 2.50 또는 2.0 미만의 pH(또는 침출수의 pH를 갖도록 할 수 있다)일 수 있다. 수용액은 2.0 초과, 또는 2.25, 2.50, 2.75, 3.0, 3.25, 3.50, 3.75, 4.0, 4.25, 4.50, 4.75. 5.0, 5.25, 5.50 또는 5.75초과의 pH(또는 침출수의 pH를 갖도록 할 수 있다)일 수 있다. 특정 구현양태에서, 수용액은 1.0 내지 4.0, 2.0 내지 4.0, 4.0 내지 6.0, 2.0 내지 3.0, 3.0 내지 4.0, 4.0 내지 5.0 또는 5.0 내지 6.0, 또는 6.0 내지 7.0의 pH일 수 있다(또는 침출수의 pH를 가질 수 있다). 일부 구현양태에서, 수용액은 1.0 내지 1.5, 1.5 내지 2.0, 2.0 내지 2.5, 2.5 내지 3.0, 3.0 내지 3.5, 3.5 내지 4.0, 4.0 내지 4.5, 4.5 내지 5.0, 5.0 내지 5.5, 또는 5.5 내지 6.0, 또는 6.0 내지 6.5, 또는 6.5 내지 7.0의 pH일 수 있다(또는 침출수의 pH를 가질 수 있다). 수용액의 pH는 약 2.5 내지 3.5일 수 있다. 약 3.0일 수 있다. 발명자들은 pH가 1 미만이면 더 많은 침출 불순물이 수용액에 용해된다는 사실을 발견했다. 그러나 pH가 6 또는 7보다 높으면 원하는 +2 산화 상태 형태의 니켈, 코발트 및 망간을 용해하는 수용액의 능력이 감소한다. 단계 B의 pH는 단계 종료 시 용액의 최종 pH, 즉 단계 B 종료 시 침출수의 pH일 수 있다. 단계 B의 pH는 단계 전체의 pH일 수 있다.Aqueous solutions have a pH of less than 7.0, 6.75, 6.50, 6.25, 6.0, 5.75, 5.50, 5.25, 5.0, 4.75, 4.50, 4.25, 4.0, 3.75, 3.50, 3.25, 3.0, 2.75, 2.50 or less than 2.0 (or pH of leachate can be made to have). Aqueous solutions greater than 2.0, or 2.25, 2.50, 2.75, 3.0, 3.25, 3.50, 3.75, 4.0, 4.25, 4.50, 4.75. The pH may be greater than 5.0, 5.25, 5.50 or 5.75 (or may have a pH of the leachate). In certain embodiments, the aqueous solution may have a pH of 1.0 to 4.0, 2.0 to 4.0, 4.0 to 6.0, 2.0 to 3.0, 3.0 to 4.0, 4.0 to 5.0 or 5.0 to 6.0, or 6.0 to 7.0 (or the pH of the leachate can be adjusted to can have). In some embodiments, the aqueous solution has 1.0 to 1.5, 1.5 to 2.0, 2.0 to 2.5, 2.5 to 3.0, 3.0 to 3.5, 3.5 to 4.0, 4.0 to 4.5, 4.5 to 5.0, 5.0 to 5.5, or 5.5 to 6.0, or 6.0 It may have a pH of from 6.5 to 6.5, or from 6.5 to 7.0 (or may have a pH of the leachate). The pH of the aqueous solution may be about 2.5 to 3.5. It may be about 3.0. The inventors discovered that when the pH is below 1, more leaching impurities are dissolved in the aqueous solution. However, if the pH is higher than 6 or 7, the ability of the aqueous solution to dissolve nickel, cobalt, and manganese in the desired +2 oxidation state form is reduced. The pH of step B may be the final pH of the solution at the end of step B, i.e. the pH of the leachate at the end of step B. The pH of step B may be the pH of the entire step.

한 구현양태에서, 방법은 침출제를 수용액에 첨가하는 단계를 포함할 수 있다. 다른 구현양태에서는 수용액의 pH를 조절하는 단계를 포함할 수 있다. 한 구현양태에서, 수용액의 pH는 상기 정의된 바와 같은 산성 침출제의 첨가를 통해 제어될 수 있다. 다른 구현양태에서, 수용액의 pH는 염기의 첨가를 통해 제어될 수 있다. 예시적인 염기에는 수산화나트륨과 같은 알칼리 또는 알칼리 토금속 수산화물이 포함될 수 있다. 그러나 염기는 니켈, 코발트 또는 망간 함유 물질, 예를 들어 신선한 고체(처리할 혼합물, 또는 니켈, 코발트 및 망간 침전물, 예를 들어 수산화물 침전물) 또는 수산화물 화합물 또는 탄산염 화합물 또는 수산화-탄산염 화합물일 수 있다. 니켈, 코발트 또는 망간 함유 물질, 특히 적어도 산화된 부분을 포함하는 니켈, 코발트 또는 망간 함유 물질을 사용하는 이점은 이 물질을 첨가하면 용액에 남아 있는 환원제도 소비되고, Fe3+가 Ni 또는 Co보다 더 유리하게 침전되므로 조건이 산화로 전환되어 Fe2+를 Fe3+로 산화시킨다.In one implementation, the method may include adding a leaching agent to the aqueous solution. Other embodiments may include adjusting the pH of the aqueous solution. In one embodiment, the pH of the aqueous solution can be controlled through the addition of an acidic leaching agent as defined above. In other implementations, the pH of the aqueous solution can be controlled through the addition of a base. Exemplary bases may include alkali or alkaline earth metal hydroxides such as sodium hydroxide. However, the base may be a nickel, cobalt or manganese containing material, for example a fresh solid (mixture to be treated, or a nickel, cobalt and manganese precipitate, for example a hydroxide precipitate) or a hydroxide compound or a carbonate compound or a hydroxy-carbonate compound. The advantage of using nickel-, cobalt- or manganese-containing materials, especially those containing at least oxidized parts, is that their addition also consumes the reducing agent remaining in the solution, and Fe 3+ is more concentrated than Ni or Co. As it precipitates more favorably, the conditions switch to oxidation, oxidizing Fe 2+ to Fe 3+ .

한 구현양태에서, 침출제는 제어된 속도로 수용액(또는 "침출 용액")에 첨가된다. 한 구현양태에서, 침출제는 용액이 원하는 최종 pH(원하는 최종 pH는 위의 수용액의 pH에 대해 기술된 바와 같을 수 있다)에 도달할 때까지 점진적으로 첨가될 수 있다. 다른 구현양태에서, 모든 침출제는 한 단계로 수용액에 첨가될 수 있다. 다른 구현양태에서, 침출제는 처리 과정 동안(즉, 본원의 다른 곳에서 논의된 미리 결정된 시간 동안) 점진적으로 첨가될 수 있다. 일부 구현양태에서, 시약은 수용액과 배합된 후 공급 혼합물에 첨가된다. 다른 구현양태에서, 원하는 pH를 달성하기 위해 수용액을 공급 혼합물에 첨가한 후, 시약을 첨가한다. 다른 구현양태에서, 수용액이 공급 혼합물과 배합된 후에 시약은 수용액과 배합된다.In one implementation, the leaching agent is added to the aqueous solution (or “leaching solution”) at a controlled rate. In one implementation, the leaching agent may be added gradually until the solution reaches the desired final pH (the desired final pH may be as described for pH of aqueous solutions above). In another embodiment, all leaching agents can be added to the aqueous solution in one step. In other implementations, the leaching agent may be added gradually during the course of treatment (i.e., over a predetermined period of time as discussed elsewhere herein). In some implementations, the reagent is combined with the aqueous solution and then added to the feed mixture. In other embodiments, an aqueous solution is added to the feed mixture to achieve the desired pH followed by addition of the reagent. In another embodiment, the reagent is combined with the aqueous solution after the aqueous solution is combined with the feed mixture.

침출제는 니켈, 코발트 및 망간을 포함하는 혼합물 1톤당 약 10,000몰 내지 약 20,000몰의 비율로 수용액에 첨가될 수 있으며; 예를 들어 니켈, 코발트 및 망간을 포함하는 혼합물 1톤당 침출제 약 12,000몰 내지 약 17,000몰의 비율로; 또는 니켈, 코발트 및 망간을 포함하는 혼합물 1톤당 침출제 14,000몰 내지 14,500몰의 비율로 사용된다. 황산은 니켈, 코발트 및 망간을 포함하는 혼합물 1톤당 약 1.0 내지 약 2.0t H2SO4의 비율로 수용액에 첨가될 수 있거나; 또는 니켈, 코발트 및 망간을 포함하는 혼합물 1톤당 약 1.2 내지 약 1.7t H2SO4의 비율로; 또는 니켈, 코발트 및 망간을 포함하는 혼합물 1톤당 약 1.4t H2SO4의 비율로 사용된다.The leaching agent may be added to the aqueous solution at a rate of about 10,000 moles to about 20,000 moles per ton of the mixture comprising nickel, cobalt and manganese; For example, at a rate of about 12,000 to about 17,000 moles of leaching agent per ton of mixture comprising nickel, cobalt and manganese; Alternatively, it is used at a rate of 14,000 to 14,500 moles of leaching agent per ton of the mixture containing nickel, cobalt and manganese. Sulfuric acid may be added to the aqueous solution at a rate of about 1.0 to about 2.0 tons H 2 SO 4 per ton of the mixture comprising nickel, cobalt and manganese; or at a rate of about 1.2 to about 1.7 tons H 2 SO 4 per ton of the mixture comprising nickel, cobalt and manganese; Alternatively, it is used at a rate of about 1.4 t H 2 SO 4 per ton of a mixture containing nickel, cobalt and manganese.

환원제는 수소 기체, SO2 기체, 아황산염(예를 들어, 메타중아황산나트륨), 유기산, 황화물(예를 들어, 니켈, 나트륨, 칼륨, 코발트 또는 망간 화화물, 또는 나트륨, 칼륨, 코발트 또는 망간 수소황화물) 및 과산화수소 또는 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택될 수 있다. 이는 SO2 기체 또는 메타중아황산나트륨 또는 이들의 조합일 수 있다. 이는 SO2 기체일 수도 있다. 환원제의 조합이 사용될 수 있다. 한 구현양태에서, 환원제는 수소 기체 및 SO2 기체로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다. 유리하게는, 수소 기체 및 SO2 기체는 모두 코발트, 망간, 니켈을 환원시킬 만큼 강력하며 침출 용액에 추가 불순물을 도입하지 않는다. 적합한 환원제를 선택할 때 용액에 불순물을 도입하지 않거나 쉽게 제거 및/또는 분리할 수 있는 불순물만 도입하는 환원제를 선택하는 것이 바람직하다. 한 구현양태에서, 환원제는 SO2 기체이다. 용액에 SO2 기체가 존재하면 현장에서 산이 생성될 수도 있다(예를 들어, 용액 또는 산화된 물질과의 반응을 통해). 한 구현양태에서, 환원제는 대기압 및 온도의 기체이다. 다른 구현양태에서, 환원제는 대기압 및 온도에서 액체이다. 추가 구현양태에서, 환원제는 대기압 및 온도에서 고체이다.Reducing agents include hydrogen gas, SO 2 gas, sulfites (e.g. sodium metabisulfite), organic acids, sulfides (e.g. nickel, sodium, potassium, cobalt or manganese oxides, or sodium, potassium, cobalt or manganese hydrogen sulfides). ) and hydrogen peroxide, or a combination thereof. This may be SO 2 gas or sodium metabisulphite or a combination thereof. This may be SO 2 gas. Combinations of reducing agents may be used. In one implementation, the reducing agent may be selected from the group consisting of hydrogen gas and SO 2 gas. Advantageously, both hydrogen gas and SO 2 gas are powerful enough to reduce cobalt, manganese and nickel and do not introduce additional impurities into the leaching solution. When selecting a suitable reducing agent, it is desirable to select a reducing agent that does not introduce impurities into the solution or introduces only impurities that can be easily removed and/or separated. In one implementation, the reducing agent is SO 2 gas. If SO 2 gas is present in solution, acids may be produced in situ (e.g. through reaction with solution or oxidized material). In one implementation, the reducing agent is a gas at atmospheric pressure and temperature. In other embodiments, the reducing agent is a liquid at atmospheric pressure and temperature. In a further embodiment, the reducing agent is a solid at atmospheric pressure and temperature.

때로는 이들 중 하나 또는 둘 모두를 5시간 이상 첨가할 수도 있지만, 수용액 및 사용되는 경우 시약은 독립적으로 약 0.25 내지 약 5시간, 또는 약 0.25 내지 1, 0.25 내지 0.5, 0.5 내지 1, 0.5 내지 2, 1 내지 4, 1 내지 3, 1 내지 2, 2 내지 5, 3 내지 5 또는 3 내지 4시간, 예를 들어 약 0.25, 0.5, 0.75, 1, 1.5, 2, 2.5 3, 3.5, 4, 4.5 또는 5시간에 걸쳐 첨가될 수 있다. 이들은 독립적으로 첨가될 수도 있고 함께 첨가될 수도 있다. 이들은 동시에 첨가될 수 있거나 순차적으로 첨가될 수 있거나 (배치식 또는 반연속적으로 첨가되는 경우) 교대로 첨가될 수 있다. 각각은 독립적으로 배치식으로 또는 연속적으로 첨가될 수 있거나 반연속적으로(즉, 연속적으로 첨가되지만 첨가 없는 기간이 있는) 첨가될 수 있다. 시약은 산화 또는 환원될 두 금속 또는 금속에 대해 약 70 내지 약 500%, 또는 약 100 내지 500, 200 내지 500, 300 내지 500, 100 내지 300, 70 내지 200, 70 내지 100 또는 70 내지 150%, 예를 들어 약 70, 80, 90, 100, 125, 150, 175, 200, 250, 300, 350, 400, 450 또는 500%의 화학량론적 비율로 첨가될 수 있지만, 특정 경우에는 이러한 범위 밖의 비율도 적합할 수 있다.Although sometimes one or both of these may be added over a period of 5 hours or more, the aqueous solution and, if used, the reagent can independently be added for about 0.25 to about 5 hours, or about 0.25 to 1, 0.25 to 0.5, 0.5 to 1, 0.5 to 2, 1 to 4, 1 to 3, 1 to 2, 2 to 5, 3 to 5 or 3 to 4 hours, for example about 0.25, 0.5, 0.75, 1, 1.5, 2, 2.5 3, 3.5, 4, 4.5 or The addition can be done over 5 hours. These may be added independently or together. They may be added simultaneously, sequentially (if added batchwise or semi-continuously) or alternately. Each may be added independently, batchwise or continuously, or semi-continuously (i.e., added continuously but with periods without addition). The reagent is present in an amount of about 70 to about 500%, or about 100 to 500, 200 to 500, 300 to 500, 100 to 300, 70 to 200, 70 to 100 or 70 to 150% of the metal or metals to be oxidized or reduced. It may be added in stoichiometric proportions, for example about 70, 80, 90, 100, 125, 150, 175, 200, 250, 300, 350, 400, 450 or 500%, although in certain cases proportions outside these ranges may also be used. It may be suitable.

한 구현양태에서, 환원제는 과산화수소가 아니다. 과산화수소를 사용하는 이전에 설명한 공정은 존재하는 모든 철을 산화시키고 재활용된 음극 물질에서 니켈, 코발트 및 망간을 환원시킬 수 있다. 이러한 공정에서는 대량의 과산화수소가 사용된다(과산화수소는 니켈, 코발트 및 망간에 대해 상대적으로 약한 환원제이다). 이는 환원 반응에 대한 제어가 거의 없음을 의미한다. 더욱이, 과산화수소는 상대적으로 값비싼 시약이고 추가적인 산의 첨가를 필요로 하며, 과산화수소는 또한 관련된 물로 인해 상당한 희석을 초래한다.In one implementation, the reducing agent is not hydrogen peroxide. The previously described process using hydrogen peroxide can oxidize any iron present and reduce nickel, cobalt, and manganese in the recycled cathode material. These processes use large quantities of hydrogen peroxide (hydrogen peroxide is a relatively weak reducing agent for nickel, cobalt and manganese). This means that there is little control over the reduction reaction. Moreover, hydrogen peroxide is a relatively expensive reagent and requires the addition of additional acid, and hydrogen peroxide also results in significant dilution due to the water involved.

본 발명자들은 혼합물 내의 다양한 침출 불순물에 비해 산화된 형태의 니켈, 망간 및 코발트를 선택적으로 용해시키기 위해서는 혼합물 내의 이러한 산화된 형태의 니켈, 망간 및 코발트를 약 1 내지 약 6의 pH에서 가용성이 되도록 원하는 +2 산화 상태 형태로 전환시키는 것이 필요하다는 것을 유리하게 발견했다. The inventors have discovered that in order to selectively solubilize the oxidized forms of nickel, manganese and cobalt relative to the various leaching impurities in the mixture, it is desired that the oxidized forms of nickel, manganese and cobalt be soluble at a pH of about 1 to about 6. It has advantageously been discovered that conversion to the +2 oxidation state form is necessary.

한 구현양태에서, 방법은 환원제를 수용액에 첨가하는 단계를 포함할 수 있다. 다른 구현양태에서는 수용액에 대한 환원제의 첨가를 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 수용액에 환원제를 첨가하는 것은 산화된 코발트, 망간 및/또는 니켈 성분이 원하는 +2 산화 상태로 실질적으로 환원되는 동시에 철(Fe)과 같은 주요 침출 불순물의 환원을 최소화하도록 제어될 수 있으며, 이는 환원된 Fe(II) 형태에서 넓은 범위의 용해도의 pH 범위를 갖는다. 한 구현양태에서, 제1 측면의 방법은 혼합물 내의 침출 불순물에 비해 산화된 코발트, 망간 및/또는 니켈을 우선적으로 환원시키는 조건 하에서 수행될 수 있다. 이러한 침출 불순물은 철, 알루미늄, 구리, 철, 바륨, 카드뮴, 칼슘, 탄소, 크롬, 납, 리튬, 마그네슘, 칼륨, 인, 나트륨, 규소, 불소, 황, 티타늄, 아연 및 지르코늄; 특히 알루미늄, 바륨, 카드뮴, 탄소, 크롬, 구리, 납, 규소, 불소, 티타늄, 아연 및 지르코늄으로 구성된 군 중 하나 이상(특히 구성된 군 모두)일 수 있다.In one implementation, the method may include adding a reducing agent to the aqueous solution. Other embodiments may include controlling the addition of a reducing agent to the aqueous solution. The addition of reducing agent to the aqueous solution can be controlled to substantially reduce the oxidized cobalt, manganese and/or nickel components to the desired +2 oxidation state while minimizing reduction of key leaching impurities such as iron (Fe), which In its Fe(II) form, it has a wide range of solubility and pH range. In one implementation, the method of the first aspect can be performed under conditions that preferentially reduce oxidized cobalt, manganese and/or nickel relative to leached impurities in the mixture. These leaching impurities include iron, aluminum, copper, iron, barium, cadmium, calcium, carbon, chromium, lead, lithium, magnesium, potassium, phosphorus, sodium, silicon, fluorine, sulfur, titanium, zinc and zirconium; In particular, it may be one or more (and in particular all of the groups) from the group consisting of aluminum, barium, cadmium, carbon, chromium, copper, lead, silicon, fluorine, titanium, zinc and zirconium.

본 발명자들은 환원 반응의 관점에서, 산화된 니켈이 먼저 환원되어야 하고, 그 다음 코발트, 그 다음 망간, 그 다음 철이 환원되어야 한다는 것을 유리하게 발견했다. 결과적으로, 한 구현양태에서 혼합물에 첨가되는 환원제의 양은 산화된 니켈, 코발트 및 망간을 환원시키지만 철은 실질적으로 산화되지 않도록 선택된다.The inventors have advantageously discovered that, in terms of the reduction reaction, the oxidized nickel should be reduced first, then the cobalt, then manganese and then iron. As a result, in one implementation the amount of reducing agent added to the mixture is selected to reduce the oxidized nickel, cobalt and manganese but not substantially oxidize the iron.

한 구현양태에서, 산화된 코발트, 산화된 망간 및 산화된 니켈(일부는 산화된 금속이 부재할 수 있다)의 합한 몰당 약 0.5 내지 약 2의 화학량론적 당량의 환원제를 수용액에 첨가하거나; 또는 약 0.7 내지 1.5, 0.8 내지 1.2, 또는 0.9 내지 1.1 화학양론적 당량을 첨가한다. 약 1의 화학양론적 당량, 또는 약 0.5, 0.75, 1.25, 1.5, 1.75, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5 또는 5개의 화학양론적 당량이 첨가될 수 있다. 본 발명자들은 일반적으로 1당량의 환원제가 산화된 형태의 니켈, 망간 또는 코발트 1당량을 환원시키는데 충분하다는 것을 유리하게 발견하였다. 환원제는 공급 혼합물 1톤당 환원제 약 3,000몰 내지 약 10,000몰의 비율; 또는 공급 혼합물 1톤당 환원제 약 5,000몰 내지 8,000몰 또는 6,000몰 내지 6,500몰의 비율로 수용액에 첨가될 수 있다. SO2는 공급 혼합물 1톤당 약 0.2 내지 0.6톤의 SO2 비율로 수용액에 첨가될 수 있으며; 또는 공급 혼합물 1톤당 0.3 내지 0.5톤의 SO2 비율로; 예를 들어 공급 혼합물 1톤당 약 0.3, 0.4 또는 0.5톤의 SO2 비율로 사용된다.In one embodiment, about 0.5 to about 2 stoichiometric equivalents of reducing agent per combined mole of oxidized cobalt, oxidized manganese, and oxidized nickel (some of which may be free of oxidized metal) are added to the aqueous solution; or about 0.7 to 1.5, 0.8 to 1.2, or 0.9 to 1.1 stoichiometric equivalents. About 1 stoichiometric equivalent, or about 0.5, 0.75, 1.25, 1.5, 1.75, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5 or 5 stoichiometric equivalents may be added. The inventors have advantageously discovered that generally one equivalent of reducing agent is sufficient to reduce one equivalent of nickel, manganese or cobalt in oxidized form. The reducing agent is used in a ratio of about 3,000 moles to about 10,000 moles of reducing agent per ton of feed mixture; Alternatively, it may be added to the aqueous solution at a rate of about 5,000 to 8,000 moles or 6,000 to 6,500 moles of reducing agent per ton of feed mixture. SO 2 may be added to the aqueous solution at a rate of about 0.2 to 0.6 tons of SO 2 per ton of feed mixture; or at a rate of 0.3 to 0.5 tons of SO 2 per ton of feed mixture; For example, a ratio of about 0.3, 0.4 or 0.5 tonnes of SO 2 per tonne of feed mixture is used.

한 구현양태에서, 환원된 코발트, 환원된 망간 및 환원된 니켈(이들 중 일부는 환원된 금속이 부재할 수 있다)의 합한 몰에 대한 약 0.5 내지 약 5 화학량론적 당량; 또는 약 0.5 내지 2, 0.7 내지 1.5, 0.8 내지 1.2, 또는 0.9 내지 1.1 화학량론적 당량의 산화제를 수용액에 첨가한다. 약 1의 화학양론적 당량, 또는 약 0.5, 0.75, 1.25, 1.5, 1.75, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5 또는 5의 화학양론적 당량이 첨가될 수 있다. 단계 B의 한 구현양태에서, 환원된 코발트, 환원된 망간 및 환원된 니켈(이들 중 일부는 환원된 금속이 부재할 수 있다)의 합한 몰에 대한 화학양론적 당량의 산화제 약 70% 내지 약 500%를 첨가하고; 예를 들어 약 80%에서 400%; 80% 내지 200%, 또는 100% 내지 150%, 예를 들어 약 70, 80, 90, 100, 110, 120, 125, 130, 140, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450 또는 500%를 첨가한다.In one embodiment, from about 0.5 to about 5 stoichiometric equivalents per combined mole of reduced cobalt, reduced manganese, and reduced nickel, some of which may be free of reduced metal; or about 0.5 to 2, 0.7 to 1.5, 0.8 to 1.2, or 0.9 to 1.1 stoichiometric equivalents of oxidizing agent are added to the aqueous solution. About 1 stoichiometric equivalent, or about 0.5, 0.75, 1.25, 1.5, 1.75, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5 or 5 stoichiometric equivalents may be added. In one embodiment of Step B, the stoichiometric equivalent weight of oxidizer relative to the combined moles of reduced cobalt, reduced manganese, and reduced nickel (some of which may be free of reduced metal) is from about 70% to about 500%. Add %; For example, about 80% to 400%; 80% to 200%, or 100% to 150%, for example about 70, 80, 90, 100, 110, 120, 125, 130, 140, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450 or 500 Add %.

한 구현양태에서, 시약(특히 환원제)은 제어된 속도로 수용액(또는 "침출 용액")에 첨가된다. 시약(특히 환원제)은 특정 시간에 걸쳐 연속 속도로 첨가될 수 있다. 적합한 시간은 약 15분 내지 약 3시간; 또는 약 30분 내지 약 2시간; 또는 약 30분 내지 약 1시간; 또는 약 1 내지 약 3시간; 또는 약 1시간 내지 약 2시간 일 수 있다. 본 발명자들은 일반적으로 더 느린 첨가 속도가 침출 불순물에 대해 더 큰 선택성을 제공하지만, 더 빠른 첨가 속도는 일반적으로 향상된 처리량을 제공한다는 것을 발견했다.In one implementation, reagents (particularly reducing agents) are added to the aqueous solution (or “leaching solution”) at a controlled rate. Reagents (particularly reducing agents) may be added at a continuous rate over a certain period of time. Suitable times range from about 15 minutes to about 3 hours; or about 30 minutes to about 2 hours; or about 30 minutes to about 1 hour; or about 1 to about 3 hours; Or it may be about 1 hour to about 2 hours. We have found that slower addition rates generally provide greater selectivity for leaching impurities, while faster addition rates generally provide improved throughput.

한 구현양태에서, 처리는 밀봉된 용기에서 수행된다. 유리하게는, 밀봉된 용기를 사용하면 기체 손실을 제어할 수 있어 환원 반응 또는 산화 반응(적절한 경우)에 대한 더 큰 제어가 가능하고, 환원제 또는 산화제의 첨가를 더 느리게 할 수 있다(특히 환원제 또는 산화제가 기체일 때). 한 구현양태에서, 처리는 대기압에서 수행된다. 다른 구현양태에서, 이는 0.9 내지 2.0 기압, 또는 1.0 내지 1.5 기압, 예를 들어 약 1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 또는 1.5 기압에서 수행된다. 약간의 과압에서 처리를 수행하면 과도한 기체를 제한하는 데 유용할 수 있다.In one implementation, processing is performed in a sealed container. Advantageously, the use of sealed vessels allows for controlled gas losses, allowing greater control over the reduction or oxidation reactions (if appropriate) and allowing for slower addition of reducing or oxidizing agents (in particular reducing or oxidizing agents). when the oxidizing agent is a gas). In one implementation, processing is performed at atmospheric pressure. In other embodiments, this is performed at a pressure of 0.9 to 2.0 atmospheres, or 1.0 to 1.5 atmospheres, for example about 1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 or 1.5 atmospheres. Performing the treatment at a slight overpressure can be useful in limiting excess gases.

본 발명자들은 적어도 일부 시약(예를 들어, 일부 환원제)에 대해 시약의 첨가가 수용액의 pH에 영향을 미칠 수 있음을 발견했다. 결과적으로, 일부 구현양태에서, 용액의 pH는, 예를 들어 산 또는 염기의 첨가를 통해 제어될 필요가 있을 수 있다.The inventors have discovered that for at least some reagents (e.g., some reducing agents) the addition of the reagent can affect the pH of the aqueous solution. As a result, in some implementations, the pH of the solution may need to be controlled, for example through the addition of an acid or base.

환원제가 사용되는 일부 구현양태에서, pH 및 환원 반응의 제어는 철, 알루미늄 및 구리의 침출을 각각 약 40 중량% 이하; 또는 각각 약 30%, 20%, 15% 또는 12% 이하로 제한하면서, 니켈, 코발트 및 망간의 선택적 용해를 허용할 것이다. 유리하게는, 이 공정을 사용함으로써 일부 침출 불순물의 상당 부분이 고체상으로 남을 수 있다.In some embodiments in which a reducing agent is used, control of pH and reduction reaction reduces leaching of iron, aluminum, and copper to less than about 40% by weight each; or would allow selective dissolution of nickel, cobalt, and manganese, while limiting them to no more than about 30%, 20%, 15%, or 12%, respectively. Advantageously, using this process a significant portion of some leached impurities can remain in the solid phase.

다른 구현양태에서, 처리는 용해된 니켈, 코발트 및 망간을 포함하는 침출수와, 철, 알루미늄, 구리, 바륨, 카드뮴, 칼슘, 탄소, 크롬, 납, 리튬, 마그네슘, 칼륨, 인, 나트륨, 규소, 불소, 황, 티타늄, 아연 및 지르코늄; 또는 알루미늄, 바륨, 카드뮴, 탄소, 크롬, 구리, 납, 규소, 불소, 티타늄, 아연 및 지르코늄으로 구성된 군 중 하나 이상(또는 구성된 군 모두)을 포함하는 고체를 제공한다.In another embodiment, the treatment includes leachate comprising dissolved nickel, cobalt and manganese, and iron, aluminum, copper, barium, cadmium, calcium, carbon, chromium, lead, lithium, magnesium, potassium, phosphorus, sodium, silicon, fluorine, sulfur, titanium, zinc and zirconium; or a solid comprising one or more (or all) of the group consisting of aluminum, barium, cadmium, carbon, chromium, copper, lead, silicon, fluorine, titanium, zinc and zirconium.

한 구현양태에서, 단계 B는 수용액이 액체 상태로 유지되는 온도에서 수행된다. 한 구현양태에서, 이는 약 0℃ 내지 약 100℃의 온도에서 수행되거나; 또는 약 10℃ 내지 약 100℃, 또는 약 20℃ 내지 약 100℃, 또는 약 40℃ 내지 약 100℃; 보다 특히 약 50℃ 내지 약 100℃; 또는 약 60℃ 내지 약 100℃에서 수행된다. 다른 구현양태에서, 이는 약 60℃ 내지 약 95℃(또는 약 60℃ 내지 약 90℃)의 온도; 또는 약 70℃ 내지 약 95℃, 또는 약 75℃ 내지 약 95℃; 또는 약 80℃ 내지 약 95℃에서 수행된다. 한 구현양태에서, 이는 약 0℃ 내지 약 100℃ 사이의 온도에서 수행되고; 또는 약 10℃ 내지 약 100℃, 또는 약 20℃ 내지 약 100℃, 또는 약 30℃ 내지 약 80℃; 또는 약 40℃ 내지 약 70℃; 또는 약 45℃ 내지 약 65℃; 또는 약 45℃ 내지 약 80℃; 또는 약 50℃ 내지 약 60℃에서 수행된다. 이는 약 0, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 또는 100℃ 또는 약 55℃에서 수행될 수 있다. 반응/공정은 일반적으로 발열반응이므로 수용액의 온도는 시간이 지남에 따라 증가할 수 있다.In one implementation, Step B is carried out at a temperature where the aqueous solution remains in a liquid state. In one implementation, this is performed at a temperature of about 0° C. to about 100° C.; or about 10°C to about 100°C, or about 20°C to about 100°C, or about 40°C to about 100°C; More particularly from about 50°C to about 100°C; or at about 60°C to about 100°C. In other embodiments, it is a temperature of about 60°C to about 95°C (or about 60°C to about 90°C); or about 70°C to about 95°C, or about 75°C to about 95°C; or at about 80°C to about 95°C. In one implementation, this is performed at a temperature between about 0° C. and about 100° C.; or about 10°C to about 100°C, or about 20°C to about 100°C, or about 30°C to about 80°C; or about 40°C to about 70°C; or about 45°C to about 65°C; or about 45°C to about 80°C; or at about 50°C to about 60°C. This can be performed at about 0, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 or 100°C or about 55°C. Since the reaction/process is generally exothermic, the temperature of the aqueous solution may increase over time.

한 구현양태에서, 단계 B는 80 내지 81.0, 81.0 내지 82.0, 82.0 내지 83.0, 83 내지 84.0, 84.0 내지 85.0, 85.0 내지 86.0, 86.0 내지 87.0, 87.0 내지 88.0, 88.0 내지 89.0, 89.0 내지 90.0, 90.0 내지 91.0, 91.0 내지 92.0, 92.0 내지 93.0, 93.0 내지 94.0, 또는 94.0 내지 95.0℃의 온도에서 수행될 수 있다.In one embodiment, stage B is 80 to 81.0, 81.0 to 82.0, 82.0 to 83.0, 83 to 84.0, 84.0 to 85.0, 85.0 to 86.0, 86.0 to 87.0, 87.0 to 88.0, 88.0 to 89.0, 89.0 to 90 .0, 90.0 to It may be carried out at a temperature of 91.0, 91.0 to 92.0, 92.0 to 93.0, 93.0 to 94.0, or 94.0 to 95.0°C.

한 구현양태에서, 단계 B는 미리 결정된 시간 동안 수행될 수 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 제1 측면의 처리에 필요한 시간은 반응이 수행되는 온도, 용액의 pH 및 시약과 같은 요인에 의해 영향을 받을 수 있다. 그러나, 한 구현양태에서, 처리는 적어도 약 10분, 또는 적어도 약 30분, 또는 적어도 약 1시간, 또는 적어도 약 2시간 동안 수행될 수 있다. 한 구현양태에서, 이는 예를 들어 약 30분 내지 약 6시간, 또는 약 30분 내지 약 4시간, 1시간 내지 4시간, 1시간 내지 3시간, 또는 2시간 내지 3시간, 약 2시간 또는 약 2.5시간 동안 수행될 수 있다.In one implementation, Step B may be performed for a predetermined amount of time. As explained above, the time required for processing of the first aspect can be affected by factors such as the temperature at which the reaction is performed, the pH of the solution, and the reagents. However, in one implementation, the treatment may be performed for at least about 10 minutes, or at least about 30 minutes, or at least about 1 hour, or at least about 2 hours. In one embodiment, it is, for example, about 30 minutes to about 6 hours, or about 30 minutes to about 4 hours, 1 hour to 4 hours, 1 hour to 3 hours, or 2 hours to 3 hours, about 2 hours or about It can be performed for 2.5 hours.

한 구현양태에서, 처리는 혼합 또는 교반, 예를 들어 교반을 통해 수행된다.In one implementation, the treatment is carried out through mixing or agitation, for example agitation.

한 구현양태에서, 처리는 적어도 하나의 용기를 사용하여 수행될 수 있다. 적어도 하나의 용기는 하나의 용기일 수도 있고 두 개의 용기일 수도 있다. 상기 용기는 혼합 용기일 수 있으며 그 안에 액체(동반된 고체를 포함할 수 있다)를 혼합하도록 구성될 수 있다. 상기 용기는 교반될 수 있다. 교반기가 포함될 수 있다.In one implementation, processing may be performed using at least one vessel. At least one container may be one container or two containers. The vessel may be a mixing vessel and may be configured to mix liquids (which may include entrained solids) therein. The vessel can be agitated. A stirrer may be included.

처리는 액체 대 고체의 임의의 적합한 비율로 수행될 수 있다. 한 구현양태에서, 고체-액체 혼합물은 적어도 약 1% 고체(중량 기준), 또는 적어도 약 2%, 3%, 4%, 5%, 10%, 15% 또는 20% 고체(중량 기준)를 포함할 수 있다. 한 구현양태에서, 고체-액체 혼합물은 약 3 내지 약 25% 고체(중량 기준), 또는 약 4 내지 20%, 1 내지 10%, 3 내지 7% 또는 4 내지 6% 고체(중량 기준)를 포함할 수 있다. 한 구현양태에서, 공급 혼합물과 수용액은 함께 슬러리를 형성한다.Treatment may be carried out with any suitable ratio of liquid to solid. In one embodiment, the solid-liquid mixture comprises at least about 1% solids (by weight), or at least about 2%, 3%, 4%, 5%, 10%, 15%, or 20% solids (by weight). can do. In one embodiment, the solid-liquid mixture comprises about 3 to about 25% solids (by weight), or about 4 to 20%, 1 to 10%, 3 to 7%, or 4 to 6% solids (by weight). can do. In one implementation, the feed mixture and the aqueous solution together form a slurry.

방법은 공급 혼합물을 수용액과 합한 후 수용액에 시약(예컨대 산화제 또는 환원제)을 첨가하는 단계를 포함할 수 있다. 산화제는 니켈, 코발트 및 망간 중 적어도 2개를 포함하는 혼합물(즉, 처리될 출발 물질)일 수 있다. 망간, 탄산염 또는 수산화물 염(일반적으로 탄산염 또는 수산화물 염)도 이 단계에서 첨가될 수 있다. 적합한 망간염은 MnCO3일 수 있다. 적합한 탄산염은 MnCO3, Ni(OH)(CO3)0.5, NiCO3, CoCO3, Co(OH)2, Na2CO3 및 CaCO3로 구성된 군에서 선택될 수 있다. 적합한 수산화물 염은 Ni(OH)2, Ni(OH)(CO3)0.5, NaOH 및 Ca(OH)2로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다. 이 단계는 일반적으로 처리를 위해 이전에 설명한 대로 임의의 적합한 온도에서 수행될 수 있다. 이 단계는 임의의 시간 동안, 예를 들어 약 30분 내지 약 10시간, 또는 약 3시간 내지 약 10시간, 또는 약 4시간 내지 약 8시간 동안 수행될 수 있다. 이 단계에서는 마그네슘, 나트륨, 칼슘 및 아연과 같은 침출 불순물을 제거하거나 분리할 필요가 없다. 이 단계에서는 용액에 남아 있는 환원제를 모두 소모할 수 있다.The method may include combining the feed mixture with an aqueous solution and then adding a reagent (such as an oxidizing agent or reducing agent) to the aqueous solution. The oxidizing agent may be a mixture comprising at least two of nickel, cobalt and manganese (i.e. the starting material to be processed). Manganese, carbonate or hydroxide salts (usually carbonate or hydroxide salts) may also be added at this stage. A suitable manganese salt may be MnCO 3 . Suitable carbonates may be selected from the group consisting of MnCO 3 , Ni(OH)(CO 3 ) 0.5 , NiCO 3 , CoCO 3 , Co(OH) 2 , Na 2 CO 3 and CaCO 3 . Suitable hydroxide salts may be selected from the group consisting of Ni(OH) 2 , Ni(OH)(CO 3 ) 0.5 , NaOH and Ca(OH) 2 . This step can generally be performed at any suitable temperature as previously described for processing. This step can be performed for any amount of time, for example from about 30 minutes to about 10 hours, or from about 3 hours to about 10 hours, or from about 4 hours to about 8 hours. There is no need to remove or separate leaching impurities such as magnesium, sodium, calcium and zinc at this stage. At this stage, all reducing agent remaining in the solution can be consumed.

한 구현양태에서, 방법은 용액 내의 과잉 환원제 및/또는 산화제를 중화하기 위해 산화제 및/또는 환원제를 첨가하는 단계를 포함할 수 있다. 다른 구현양태에서, 방법은 용액에 염기를 첨가하여 pH를, 예를 들어 단계 B보다 높지만 pH 7 미만(예를 들어 pH 6)으로 증가시키는 것을 포함할 수 있다. 이 방법은 과잉 환원제 및/또는 산화제를 중화하거나 pH를 증가시키기 전에 용액을 여과하는 단계를 포함할 수 있다.In one implementation, the method may include adding an oxidizing agent and/or reducing agent to neutralize excess reducing agent and/or oxidizing agent in the solution. In other implementations, the method may include adding a base to the solution to increase the pH, e.g., above Step B but below pH 7 (e.g., pH 6). The method may include filtering the solution prior to neutralizing excess reducing and/or oxidizing agents or increasing the pH.

처리 후, 불순물(또는 "침출 불순물")은 임의의 적합한 방식으로 침출수로부터 제거 및/또는 분리될 수 있다. 이러한 맥락에서, 용어 "불순물" 또는 "침출 불순물" 또는 "침출 불순물들")은 니켈, 코발트, 망간, 물, OH-, H+, H3O+, 황산염 또는 탄산염이 아닌 금속, 착물, 화합물 또는 원소를 의미한다. 불순물을 제거하는 적절한 기술은 불순물의 성질에 기초하여 당업자에 의해 선택될 수 있다. 예를 들어, 침출 불순물의 적어도 일부는 고체 형태일 수 있다. 한 구현양태에서, 고체 침출 불순물은 경사분리, 여과, 교결, 원심분리 및 침강, 또는 이들 중 임의의 2개 이상의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 분리 기술을 사용하여 수용액으로부터 제거 및/또는 분리될 수 있다. 예시적인 고체 침출 불순물은 철, 알루미늄, 구리, 바륨, 카드뮴, 탄소, 크롬, 납, 규소, 황, 티타늄, 아연 및 지르코늄으로 구성된 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.After treatment, impurities (or “leached impurities”) may be removed and/or separated from the leachate in any suitable manner. In this context, the term "impurity" or "leaching impurity" or "leaching impurities") refers to metals, complexes, compounds other than nickel, cobalt, manganese, water, OH - , H + , H 3 O + , sulfate or carbonate. Or it means an element. An appropriate technique for removing impurities can be selected by one skilled in the art based on the nature of the impurities. For example, at least some of the leaching impurities may be in solid form. In one embodiment, the solid leaching impurities are removed and/or separated from the aqueous solution using at least one separation technique selected from the group consisting of decanting, filtration, cementation, centrifugation, and sedimentation, or a combination of any two or more thereof. It can be. Exemplary solid leaching impurities may include at least one selected from the group consisting of iron, aluminum, copper, barium, cadmium, carbon, chromium, lead, silicon, sulfur, titanium, zinc, and zirconium.

침출수는 적어도 하나의 액체 침출 불순물을 포함할 수 있다. 침출수 내 예시적인 액체 침출 불순물은 비소, 알루미늄, 바륨, 카드뮴, 탄소, 칼슘, 마그네슘, 크롬, 구리, 납, 규소, 나트륨, 리튬, 칼륨, 인, 테트라플루오로붕산염, 헥사플루오로인산염, 바나듐, 란타넘, 암모늄, 아황산염, 불소, 불화물, 염화물, 티타늄, 스칸듐, 철, 아연 및 지르코늄, 은, 텅스텐, 바나듐, 몰리브덴, 백금, 루비듐, 주석, 안티몬, 셀레늄, 비스무트, 붕소, 이트륨, 납, 니오븀 또는 이들의 조합; 특히 비소, 알루미늄, 바륨, 카드뮴, 탄소, 칼슘, 마그네슘, 크롬, 구리, 납, 규소, 바나듐, 란타넘, 티타늄, 스칸듐, 철, 아연, 지르코늄, 은, 텅스텐, 몰리브덴, 백금, 루비듐, 주석, 안티몬, 셀레늄, 비스무트, 붕소, 이트륨 및 니오븀 또는 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다.The leachate may contain at least one liquid leachable impurity. Exemplary liquid leachable impurities in the leachate include arsenic, aluminum, barium, cadmium, carbon, calcium, magnesium, chromium, copper, lead, silicon, sodium, lithium, potassium, phosphorus, tetrafluoroborate, hexafluorophosphate, vanadium, Lanthanum, ammonium, sulfite, fluorine, fluoride, chloride, titanium, scandium, iron, zinc and zirconium, silver, tungsten, vanadium, molybdenum, platinum, rubidium, tin, antimony, selenium, bismuth, boron, yttrium, lead and niobium. or a combination thereof; In particular arsenic, aluminum, barium, cadmium, carbon, calcium, magnesium, chromium, copper, lead, silicon, vanadium, lanthanum, titanium, scandium, iron, zinc, zirconium, silver, tungsten, molybdenum, platinum, rubidium, tin, It may be selected from the group consisting of antimony, selenium, bismuth, boron, yttrium, and niobium, or combinations thereof.

한 구현양태에서, 적어도 하나의 금속(니켈, 코발트 및 망간; 특히 적어도 2개의 금속 또는 3개의 금속으로 구성된 군으로부터 선택되는): 적어도 하나의 액체 침출 불순물의 질량비는 중량을 기준으로 1:50 미만, 또는 1:20 미만, 또는 10:1 미만, 또는 1:1 미만, 또는 10:1 미만, 또는 100:1 미만, 또는 500:1 미만, 또는 1000:1 미만 또는 5000:1 미만, 또는 10,000:1 미만, 또는 50,000:1 미만, 또는200,000:1 미만, 또는 500,000:1 미만이다.In one embodiment, the mass ratio of at least one metal (nickel, cobalt and manganese; especially selected from the group consisting of at least two metals or three metals):at least one liquid leachable impurity is less than 1:50 by weight. , or less than 1:20, or less than 10:1, or less than 1:1, or less than 10:1, or less than 100:1, or less than 500:1, or less than 1000:1, or less than 5000:1, or less than 10,000 :1, or less than 50,000:1, or less than 200,000:1, or less than 500,000:1.

다른 예에서, 침출 불순물의 적어도 일부는 액체(또는 용해된) 형태일 수 있다. 한 구현양태에서, 액체(또는 용해된) 침출 불순물은 이온 교환, 침전, 흡수/흡착, 전기화학적 환원 및 증류, 또는 이들 중 임의의 둘 이상의 조합, 일반적으로 이온 교환, 침전 및 흡착, 또는 이들의 조합로 구성된 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 분리 기술을 사용하여 수용액으로부터 제거 및/또는 분리될 수 있다. 이러한 맥락에서, "불순물" 또는 "침출 불순물"이라는 용어는 코발트, 니켈 또는 망간은 아니지만 원하지 않는 비-금속 또는 반금속도 포함할 수 있는 금속을 의미한다. 예시적인 액체 침출 불순물은 비소, 알루미늄, 바륨, 카드뮴, 탄소, 칼슘, 마그네슘, 크롬, 구리, 납, 규소, 나트륨, 리튬, 칼륨, 인, 테트라플루오로붕산염, 헥사플루오로인산염, 바나듐, 란타넘, 암모늄, 아황산염, 불소, 불화물, 염화물, 티타늄, 철, 스칸듐, 아연 및 지르코늄, 또는 이들의 조합을 포함한다.In another example, at least some of the leaching impurities may be in liquid (or dissolved) form. In one embodiment, liquid (or dissolved) leachable impurities are ion exchanged, precipitated, absorbed/adsorbed, electrochemically reduced and distilled, or a combination of any two or more thereof, generally ion exchanged, precipitated and adsorbed, or a combination thereof. It may be removed and/or separated from the aqueous solution using at least one separation technique selected from the group consisting of combinations. In this context, the term “impurities” or “leached impurities” refers to metals that are not cobalt, nickel or manganese, but may also contain undesirable non-metals or metalloids. Exemplary liquid leaching impurities include arsenic, aluminum, barium, cadmium, carbon, calcium, magnesium, chromium, copper, lead, silicon, sodium, lithium, potassium, phosphorus, tetrafluoroborate, hexafluorophosphate, vanadium, and lanthanum. , ammonium, sulfite, fluorine, fluoride, chloride, titanium, iron, scandium, zinc and zirconium, or combinations thereof.

한 구현양태에서, 침출수 내 알칼리 금속(예를 들어, Na, Li, K)(또는 적어도 하나의 알칼리 금속) 액체 침출 불순물의 농도는 100,000 ppm 이하, 또는 80,000 ppm 이하, 또는 60,000 ppm 이하, 또는 50,000 ppm 이하, 또는 40,000 ppm 이하, 또는 30,000 ppm 이하, 또는 20,000 ppm 이하, 또는 15,000 ppm 이하, 또는 10,000 ppm 이하, 또는 7,000 ppm 이하, 또는 5,000 ppm 이하, 또는 4,000 ppm 이하, 또는 3,000 ppm 이하, 또는 2,500 ppm 이하, 또는 2,000 ppm 이하이다. 다른 구현양태에서, 침출수 중 적어도 하나의 금속(또는 적어도 2개의 금속) 대 알칼리 금속 액체 침출 불순물(또는 적어도 하나의 알칼리 금속 불순물)의 몰비는 약 1:10보다 클 수 있거나 약 1:5 초과, 또는 약 1:1 초과, 또는 약 5:1 초과, 또는 약 10:1 초과, 또는 약 20:1 초과, 또는 약 50:1 초과, 또는 약 80:1, 또는 약 100:1 초과, 또는 약 120:1 초과, 또는 약 150:1 초과, 또는 약 180:1 초과 또는 약 200:1 초과일 수 있다. 다른 구현양태에서, 침출수 중 적어도 하나의 금속(또는 적어도 2개의 금속) 대 알칼리 금속 액체 침출 불순물(또는 적어도 하나의 알칼리 금속 불순물)의 몰비는 약 1:1 미만일 수 있거나, 약 5:1 미만, 또는 약 10:1 미만, 또는 약 20:1 미만, 또는 약 50:1 미만, 또는 약 80:1 미만, 또는 약 100:1 미만, 또는 약 120:1, 또는 약 150:1 미만, 또는 약 180:1 미만 또는 약 200:1 미만일 수 있다. 다른 구현양태에서, 침출수 중 적어도 하나의 금속(또는 적어도 2개의 금속) 대 알칼리 금속 액체 침출 불순물(또는 적어도 하나의 알칼리 금속 불순물)의 몰비는 약 1:10 내지 23,000:1, 또는 약 1:10 내지 100,000,000:1, 또는 약 1:10 내지 300,000,000:1일 수 있다.In one embodiment, the concentration of alkali metal (e.g., Na, Li, K) (or at least one alkali metal) liquid leachable impurity in the leachate is less than or equal to 100,000 ppm, or less than or equal to 80,000 ppm, or less than or equal to 60,000 ppm, or less than or equal to 50,000 ppm. ppm or less, or 40,000 ppm or less, or 30,000 ppm or less, or 20,000 ppm or less, or 15,000 ppm or less, or 10,000 ppm or less, or 7,000 ppm or less, or 5,000 ppm or less, or 4,000 ppm or less, or 3,000 ppm or less, or 2,500 ppm or less ppm or less, or 2,000 ppm or less. In other embodiments, the molar ratio of at least one metal (or at least two metals) to alkali metal liquid leachable impurity (or at least one alkali metal impurity) in the leachate may be greater than about 1:10 or greater than about 1:5; or greater than about 1:1, or greater than about 5:1, or greater than about 10:1, or greater than about 20:1, or greater than about 50:1, or greater than about 80:1, or greater than about 100:1, or greater than about It may be greater than 120:1, or greater than about 150:1, or greater than about 180:1, or greater than about 200:1. In other embodiments, the molar ratio of at least one metal (or at least two metals) to alkali metal liquid leachable impurity (or at least one alkali metal impurity) in the leachate may be less than about 1:1, or less than about 5:1; or less than about 10:1, or less than about 20:1, or less than about 50:1, or less than about 80:1, or less than about 100:1, or less than about 120:1, or less than about 150:1, or about It may be less than 180:1 or less than about 200:1. In another embodiment, the molar ratio of at least one metal (or at least two metals) to alkali metal liquid leachable impurity (or at least one alkali metal impurity) in the leachate is from about 1:10 to 23,000:1, or about 1:10. to 100,000,000:1, or about 1:10 to 300,000,000:1.

한 구현양태에서, 침출수 중 음이온종 액체 침출 불순물(예컨대 F- 및 Cl-(그러나 산화물, 수산화물, 황산염 또는 탄산염은 제외))(또는 적어도 하나의 음이온종 액체 불순물)의 농도는 100,000 ppm 이하, 또는 80,000 ppm 이하, 또는 60,000 ppm 이하, 또는 50,000 ppm 이하, 또는 40,000 ppm 이하, 또는 30,000 ppm 이하, 또는 20,000 ppm 이하, 또는 10,000 ppm 이하, 또는 5,000 ppm 이하, 또는 4,000 ppm 이하, 특히 3,000 ppm 이하, 또는 2,500 ppm 이하, 또는 2,000 ppm이다. 또 다른 구현양태에서, 침출수 중 적어도 하나의 금속(또는 적어도 2개의 금속) 대 음이온 종 액체 불순물(또는 적어도 하나의 음이온 종 액체 불순물)의 몰비는 약 1:10 초과, 또는 약 1:5 초과, 또는 약 1:1 초과, 또는 약 5:1 초과, 또는 약 10:1 초과, 또는 약 20:1 초과, 또는 약 50:1 초과, 또는 약 80:1 초과, 또는 약 100:1 초과, 또는 약 120:1 초과, 또는 약 150:1 초과, 또는 약 180:1 초과, 또는 약 200:1 초과 일 수 있다. 다른 구현양태에서, 침출수 중 적어도 하나의 금속(또는 적어도 2개의 금속) 대 음이온종 액체 침출 불순물(또는 적어도 하나의 음이온종 불순물)의 몰비(또는 질량비)는 약 5: 1 미만, 또는 약 10:1 미만, 또는 약 20:1 미만, 또는 약 50:1 미만, 또는 약 80:1 미만, 또는 약 100:1 미만, 또는 약 120:1 미만, 또는 약 150:1 미만, 또는 약 180:1 미만 또는 약 200:1 미만일 수 있다.In one embodiment, the concentration of anionic liquid leachable impurities (such as F - and Cl - (but excluding oxides, hydroxides, sulfates or carbonates)) (or at least one anionic liquid impurity) in the leachate is 100,000 ppm or less, or 80,000 ppm or less, or 60,000 ppm or less, or 50,000 ppm or less, or 40,000 ppm or less, or 30,000 ppm or less, or 20,000 ppm or less, or 10,000 ppm or less, or 5,000 ppm or less, or 4,000 ppm or less, especially 3,000 ppm or less, or 2,500 ppm or less, or 2,000 ppm. In another embodiment, the molar ratio of at least one metal (or at least two metals) to anionic species liquid impurity (or at least one anionic species liquid impurity) in the leachate is greater than about 1:10, or greater than about 1:5; or greater than about 1:1, or greater than about 5:1, or greater than about 10:1, or greater than about 20:1, or greater than about 50:1, or greater than about 80:1, or greater than about 100:1, or It may be greater than about 120:1, or greater than about 150:1, or greater than about 180:1, or greater than about 200:1. In other embodiments, the molar ratio (or mass ratio) of at least one metal (or at least two metals) to anionic liquid leachable impurity (or at least one anionic species impurity) in the leachate is less than about 5:1, or about 10:1. less than 1, or less than about 20:1, or less than about 50:1, or less than about 80:1, or less than about 100:1, or less than about 120:1, or less than about 150:1, or less than about 180:1. may be less than or less than about 200:1.

다른 구현양태에서, 침출수 중 알칼리 토금속 액체 침출 불순물(예를 들어, Ca 및 Mg)(또는 적어도 하나의 알칼리 토금속 불순물)의 농도는 50,000 ppm 미만, 또는 40,000 ppm 미만, 또는 30,000 ppm 미만, 또는 20,000 ppm 미만, 또는 10,000 ppm 미만, 또는 5,000 ppm 미만, 또는 1,000 ppm 미만, 또는 800 ppm 미만, 또는 600 ppm 미만, 또는 500 ppm 미만, 또는 400 ppm 미만, 또는 300 ppm 미만, 또는 250 ppm 미만, 또는 200 ppm 미만이다. 추가 구현양태에서, 침출수 중 적어도 하나의 금속(또는 적어도 2개의 금속) 대 알칼리 토금속 액체 침출 불순물(또는 적어도 하나의 알칼리 토금속 액체 불순물)의 몰비는 약 500:1 초과, 또는 약 1000:1 초과, 또는 약 1500:1 초과, 또는 약 2000:1 초과이다. 한 구현양태에서, 침출수 중 적어도 하나의 금속(또는 적어도 2개의 금속) 대 알칼리 토금속 액체 침출 불순물(또는 적어도 하나의 알칼리 토금속 액체 불순물)의 몰비는 약 300,000,000:1 내지 약 1:10; 또는 약 1:10 초과, 또는 1:1 초과이다. 한 구현양태에서, 침출수 중 적어도 하나의 금속(또는 적어도 2개의 금속) 대 알칼리 토금속 액체 침출 불순물(또는 적어도 하나의 알칼리 토금속 액체 불순물)의 몰비는 1:10 미만, 또는 1:5 미만, 1:1 미만, 또는 약 5:1 미만, 또는 약 10:1 미만, 또는 약 20:1 미만, 또는 약 50:1 미만, 또는 약 80 미만: 1, 또는 약 100:1 미만, 또는 약 120:1 미만, 또는 약 150:1 미만, 또는 약 180:1 미만, 또는 약 200:1 미만이다.In other embodiments, the concentration of alkaline earth metal liquid leachable impurities (e.g., Ca and Mg) (or at least one alkaline earth metal impurity) in the leachate is less than 50,000 ppm, or less than 40,000 ppm, or less than 30,000 ppm, or 20,000 ppm. less than, or less than 10,000 ppm, or less than 5,000 ppm, or less than 1,000 ppm, or less than 800 ppm, or less than 600 ppm, or less than 500 ppm, or less than 400 ppm, or less than 300 ppm, or less than 250 ppm, or less than 200 ppm It is less than. In a further embodiment, the molar ratio of at least one metal (or at least two metals) to alkaline earth metal liquid leachable impurity (or at least one alkaline earth metal liquid impurity) in the leachate is greater than about 500:1, or greater than about 1000:1; or greater than about 1500:1, or greater than about 2000:1. In one embodiment, the molar ratio of at least one metal (or at least two metals) to alkaline earth metal liquid leachable impurity (or at least one alkaline earth metal liquid impurity) in the leachate is from about 300,000,000:1 to about 1:10; or greater than about 1:10, or greater than 1:1. In one embodiment, the molar ratio of at least one metal (or at least two metals) to alkaline earth metal liquid leachable impurity (or at least one alkaline earth metal liquid impurity) in the leachate is less than 1:10, or less than 1:5, or 1:10. Less than 1, or less than about 5:1, or less than about 10:1, or less than about 20:1, or less than about 50:1, or less than about 80:1, or less than about 100:1, or less than about 120:1 less than, or less than about 150:1, or less than about 180:1, or less than about 200:1.

추가 구현양태에서, 침출수 중 금속 및 준금속 액체 침출 불순물(또는 적어도 하나의 금속 또는 준금속 불순물)의 농도는 250 ppm 미만, 특히 50 ppm 미만이다. 예시적인 금속 및 준금속 침출 불순물은 철, 알루미늄, 구리, 아연, 카드뮴, 크롬, 규소, 납, 스칸듐, 지르코늄 및 티타늄으로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다. 한 구현양태에서, 침출수 중 적어도 하나의 금속(또는 적어도 2개의 금속) 대 금속 및 준금속 액체 침출 불순물(또는 적어도 하나의 금속 또는 준금속 액체 불순물)의 몰비는 10,000:1 미만, 또는 20,000:1 미만, 또는 40,000:1 미만, 또는 60,000:1 미만, 또는 80,000:1 미만, 또는 100,000:1 미만, 또는 500,000:1 미만이다. 한 구현양태에서, 침출수 중 적어도 하나의 금속(또는 적어도 2개의 금속) 대 Fe 불순물의 몰비는 약 300,000,000:1 내지 약 10,000:1이거나; 또는 약 10,000:1 초과, 또는 12,000:1 초과이다. 한 구현양태에서, 침출수 중 적어도 하나의 금속(또는 적어도 2개의 금속) 대 Fe 불순물의 몰비는 10,000:1 미만, 또는 20,000:1 미만, 또는 100,000:1 미만, 또는 500,000:1 미만 또는 1,000,000:1 미만이다. 한 구현양태에서, 침출수 중 적어도 하나의 금속(또는 적어도 2개의 금속) 대 Al 불순물의 몰비는 약 300,000,000:1 내지 약 10,000:1; 또는 약 10,000:1 초과, 또는 12,000:1 초과이다. 한 구현양태에서, 침출수 중 적어도 하나의 금속(또는 적어도 2개의 금속) 대 Al 불순물의 몰비는 10,000:1 미만, 또는 20,000:1 미만 또는 100,000:1 미만이다.In a further embodiment, the concentration of metal and metalloid liquid leachable impurities (or at least one metal or metalloid impurity) in the leachate is less than 250 ppm, especially less than 50 ppm. Exemplary metal and metalloid leaching impurities may be selected from the group consisting of iron, aluminum, copper, zinc, cadmium, chromium, silicon, lead, scandium, zirconium, and titanium. In one embodiment, the molar ratio of at least one metal (or at least two metals) to metal and metalloid liquid leaching impurities (or at least one metal or metalloid liquid impurity) in the leachate is less than 10,000:1, or 20,000:1. less than, or less than 40,000:1, or less than 60,000:1, or less than 80,000:1, or less than 100,000:1, or less than 500,000:1. In one embodiment, the molar ratio of at least one metal (or at least two metals) to Fe impurity in the leachate is from about 300,000,000:1 to about 10,000:1; or greater than about 10,000:1, or greater than 12,000:1. In one embodiment, the molar ratio of at least one metal (or at least two metals) to Fe impurity in the leachate is less than 10,000:1, or less than 20,000:1, or less than 100,000:1, or less than 500,000:1, or less than 1,000,000:1. It is less than. In one embodiment, the molar ratio of at least one metal (or at least two metals) to Al impurity in the leachate is from about 300,000,000:1 to about 10,000:1; or greater than about 10,000:1, or greater than 12,000:1. In one embodiment, the molar ratio of at least one metal (or at least two metals) to Al impurity in the leachate is less than 10,000:1, or less than 20,000:1, or less than 100,000:1.

본 발명의 구현양태에서, 공-침전물이 니켈, 코발트 및 망간으로부터 선택되는 적어도 하나의 금속을 포함하는 공-침전물을 생성하는 방법이 제공되며, 상기 방법은:In an embodiment of the invention, a method is provided for producing a co-precipitate wherein the co-precipitate comprises at least one metal selected from nickel, cobalt and manganese, the method comprising:

(i) 적어도 하나의 금속 및 적어도 하나의 불순물을 포함하는 공급 혼합물을 제공하는 단계, 상기 공급 혼합물은 산화된 공급물, 환원된 공급물 또는 비산화된 공급물 중 하나이며, 여기서:(i) providing a feed mixture comprising at least one metal and at least one impurity, the feed mixture being one of an oxidized feed, a reduced feed, or a non-oxidized feed, wherein:

산화된 공급물은 2 미만의 산화 상태에서보다 2 초과의 산화 상태에서 적어도 하나의 금속을 더 많이 갖고; The oxidized feed has more of at least one metal in an oxidation state greater than 2 than in an oxidation state less than 2;

환원된 공급물은 2 초과 산화 상태에서보다 2 미만의 산화 상태에서 적어도 하나의 금속을 더 많이 갖거나, 2의 산화 상태에서 적어도 하나의 금속을 실질적으로 모두 갖고 황화물 형태의 적어도 하나의 금속 중 적어도 일부를 갖고; 그리고 The reduced feed has more of the at least one metal in an oxidation state of less than 2 than in an oxidation state of more than 2, or has substantially all of the at least one metal in an oxidation state of 2 and at least one of the metals in sulfide form. have some; and

비산화된 공급물은 2의 산화 상태에서 적어도 하나의 금속을 실질적으로 모두 갖고 황화물 형태의 적어도 하나의 금속은 실질적으로 전혀 갖지 않으며; The unoxidized feed has substantially all of the at least one metal in the 2 oxidation state and substantially no of the at least one metal in the sulfide form;

공급 혼합물을 수용액으로 처리하여 상기 적어도 하나의 금속을 포함하는 침출수를 형성하는 단계, 여기서 수용액의 pH는 침출수의 pH가 약 1 내지 약 7이 되도록 하고 여기서:treating the feed mixture with an aqueous solution to form a leachate comprising said at least one metal, wherein the pH of the aqueous solution is such that the pH of the leachate is from about 1 to about 7, wherein:

공급 혼합물이 산화된 공급물인 경우, 처리는 환원제를 포함하는 시약을 첨가하는 것을 추가로 포함하고; 그리고 If the feed mixture is an oxidized feed, the treatment further comprises adding a reagent comprising a reducing agent; and

공급 혼합물이 환원된 공급물 경우, 처리는 산화제를 포함하는 시약을 첨가하는 것을 추가로 포함하고; If the feed mixture is a reduced feed, the treatment further comprises adding a reagent comprising an oxidizing agent;

이로써 침출수는 2의 산화 상태인 적어도 하나의 금속을 포함하고, The leachate thereby contains at least one metal in oxidation state 2,

상기 적어도 하나의 금속을 포함하는 수성 공급 용액을 제공하기 위해, 상기 수성 공급 용액은 침출수이고; 그리고To provide an aqueous feed solution comprising the at least one metal, the aqueous feed solution is a leachate; and

(ii) 공급 용액의 pH를 약 6.2 내지 약 11, 임의로 약 6.2 내지 약 10 또는 약 6.2 내지 약 9.2로 조정하여, (a) 상기 적어도 하나의 금속을 포함하는 침전물; 및 (b) 상기 적어도 하나의 불순물을 포함하는 상청액을 제공하는 단계를 포함한다.(ii) adjusting the pH of the feed solution to about 6.2 to about 11, optionally about 6.2 to about 10, or about 6.2 to about 9.2, thereby producing (a) a precipitate comprising said at least one metal; and (b) providing a supernatant containing the at least one impurity.

이러한 구현양태에서, 방법은 적어도 하나의 금속을 수성 공급 용액과 혼합하는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 여기서 적어도 하나의 금속은 니켈, 코발트 및 망간으로부터 선택되어, 단계 (ii)는 니켈, 코발트 및 망간으로부터 선택된 적어도 2개의 금속(또는 3개의 금속을 포함함)을 포함하는 공-침전물을 제공한다.In this embodiment, the method may further comprise mixing at least one metal with the aqueous feed solution, wherein the at least one metal is selected from nickel, cobalt, and manganese, and step (ii) comprises nickel, cobalt, and manganese. and manganese.

한 구현양태에서, 단계 (ii)의 공급 용액 중 상기 적어도 하나의 불순물의 적어도 1%, 또는 적어도 5%, 또는 적어도 10%, 또는 적어도 20%, 또는 적어도 30%, 또는 적어도 40%, 또는 상기 적어도 하나의 불순물의 적어도 50%, 특히 상기 적어도 하나의 불순물의 적어도 60%, 또는 적어도 65%, 또는 적어도 70%, 또는 적어도 75% 또는 적어도 80%, 또는 적어도 85%, 또는 적어도 90% 또는 적어도 95%, 또는 적어도 96%, 또는 적어도 97%, 또는 적어도 98%, 또는 적어도 99%가 공-침전 후 상청액에, 또는 공-침전물을 세척한 후 세척 용액에서, 또는 상층액과 세척 용액을 배합물에 있을 수 있다. 적어도 하나의 불순물은 다수의 불순물일 수도 있다. 상청액이나 세척 용액 또는 둘 모두에 있을 수 있는 수성 공급 용액 중 각 불순물의 양은 불순물마다 상이할 수 있다.In one embodiment, at least 1%, or at least 5%, or at least 10%, or at least 20%, or at least 30%, or at least 40%, or at least 40% of said at least one impurity in the feed solution of step (ii). At least 50% of the at least one impurity, especially at least 60%, or at least 65%, or at least 70%, or at least 75%, or at least 80%, or at least 85%, or at least 90%, or at least 95%, or at least 96%, or at least 97%, or at least 98%, or at least 99% in the supernatant after co-precipitation, or in the wash solution after washing the co-precipitate, or in a combination of the supernatant and the wash solution. may be in The at least one impurity may be multiple impurities. The amount of each impurity in the aqueous feed solution, which may be in the supernatant, wash solution, or both, may vary from impurity to impurity.

본 발명의 구현양태에서, 니켈, 코발트 및 망간으로부터 선택된 적어도 2개의 금속을 포함하는 공-침전물을 생성하는 방법이 제공되며, 상기 방법은:In an embodiment of the invention, a method is provided for producing a co-precipitate comprising at least two metals selected from nickel, cobalt and manganese, the method comprising:

(i) 적어도 2개의 금속을 포함하는 공급 혼합물을 제공하는 단계, 상기 공급 혼합물은 산화된 공급물, 환원된 공급물 또는 비산화된 공급물 중 하나이며, 여기서: (i) providing a feed mixture comprising at least two metals, the feed mixture being one of an oxidized feed, a reduced feed, or a non-oxidized feed, wherein:

산화된 공급물은 2 미만의 산화 상태에서보다 2 초과의 산화 상태에서 적어도 2개의 금속을 더 많이 갖고; The oxidized feed has more of at least two metals in an oxidation state greater than 2 than in an oxidation state less than 2;

환원된 공급물은 2 초과 산화 상태에서보다 2 미만의 산화 상태에서 적어도 2개의 금속을 더 많이 갖거나, 2의 산화 상태에서 적어도 2개의 금속을 실질적으로 모두 갖고 황화물 형태의 적어도 2개의 금속 중 적어도 일부를 갖고; 그리고 The reduced feed has more of the at least two metals in an oxidation state of less than 2 than in an oxidation state of more than 2, or has substantially all of the at least two metals in an oxidation state of 2 and at least one of the two metals in sulfide form. have some; and

비산화된 공급물은 2의 산화 상태에서 적어도 2개의 금속을 실질적으로 모두 갖고 황화물 형태의 적어도 2개의 금속은 실질적으로 전혀 갖지 않으며; The unoxidized feed has substantially all of the at least two metals in the 2 oxidation state and substantially none of the at least two metals in the sulfide form;

공급 혼합물을 수용액으로 처리하여 상기 적어도 2개의 금속을 포함하는 침출수를 형성하는 단계, 여기서 수용액의 pH는 침출수의 pH가 약 1 내지 약 7이 되도록 하고 여기서:treating the feed mixture with an aqueous solution to form a leachate comprising said at least two metals, wherein the pH of the aqueous solution is such that the pH of the leachate is from about 1 to about 7, wherein:

공급 혼합물이 산화된 공급물인 경우, 처리는 환원제를 포함하는 시약을 첨가하는 것을 추가로 포함하고; 그리고 If the feed mixture is an oxidized feed, the treatment further comprises adding a reagent comprising a reducing agent; and

공급 혼합물이 환원된 공급물 경우, 처리는 산화제를 포함하는 시약을 첨가하는 것을 추가로 포함하고; If the feed mixture is a reduced feed, the treatment further comprises adding a reagent comprising an oxidizing agent;

이로써 침출수는 2의 산화 상태인 적어도 2개의 금속을 포함하고, This ensures that the leachate contains at least two metals in an oxidation state of 2,

상기 적어도 2개의 금속을 포함하는 수성 공급 용액을 제공하기 위해, 상기 수성 공급 용액은 침출수이고; 그리고To provide an aqueous feed solution comprising the at least two metals, the aqueous feed solution is a leachate; and

(ii) 공급 용액으로부터 상기 적어도 2개의 금속을 공-침전시키기 위해 공급 용액의 pH를 약 6.2 내지 약 11, 임의로 약 6.2 내지 약 10 또는 약 6.2 내지 약 9.2로 조정하는 단계를 포함한다. (ii) adjusting the pH of the feed solution to about 6.2 to about 11, optionally about 6.2 to about 10, or about 6.2 to about 9.2 to co-precipitate said at least two metals from the feed solution.

한 구현양태에서, 공-침전물 내의 적어도 하나의 불순물은 선택적 침전을 통해 제어될 수 있다. 공-침전물로 침전되는 수성 공급 용액 중의 적어도 하나의 불순물의 초기량의 100% 미만, 또는 90% 미만, 또는 80% 미만, 또는 70% 미만, 또는 50% 미만, 또는 30% 미만, 또는 10% 미만, 또는 5% 미만 또는 1% 미만이 있을 수 있다. 이는 특히 Ca 및 Mg와 같은 알칼리 토금속의 경우에 해당된다.In one implementation, at least one impurity in the co-precipitate can be controlled through selective precipitation. Less than 100%, or less than 90%, or less than 80%, or less than 70%, or less than 50%, or less than 30%, or 10% of the initial amount of at least one impurity in the aqueous feed solution that precipitates as a co-precipitate. There may be less, or less than 5%, or less than 1%. This is especially the case for alkaline earth metals such as Ca and Mg.

한 구현양태에서, 적어도 하나의 불순물은 흡착, 흡수, 치환, 원자 치환, 상 형성, 2차 상 형성, 혼합 상 형성, 공-침전 또는 액체 비말동반과 같은 현상으로 인해 침전될 수 있다. 알칼리 금속(예를 들어, Li, Na 및 K), 암모니아/암모늄, 황(황산염 또는 아황산염 형태) 및 그보다 적은 정도의 알칼리 토금속인 Zn 및 Cu는 고순도 물, 산, 부식성, 탄산나트륨 또는 암모니아 세척 또는 이들의 조합을 사용하여 제거될 수 있다. 세탁 후 100% 미만, 또는 99% 미만, 또는 90% 미만, 또는 70% 미만, 또는 50% 미만, 또는 40% 미만, 또는 30% 미만, 또는 20% 미만, 또는 10% 미만, 또는 5% 미만, 또는 1% 미만의 이들 종은 수성 공급 용액의 양에 비해 최종 공-침전물에 존재할 수 있다.In one implementation, the at least one impurity may precipitate due to phenomena such as adsorption, absorption, displacement, atomic substitution, phase formation, secondary phase formation, mixed phase formation, co-precipitation, or liquid entrainment. The alkali metals (e.g. Li, Na and K), ammonia/ammonium, sulfur (in sulfate or sulfite form) and to a lesser extent the alkaline earth metals Zn and Cu can be removed by high purity water, acid, caustic, sodium carbonate or ammonia wash or these. It can be removed using a combination of . After washing, less than 100%, or less than 99%, or less than 90%, or less than 70%, or less than 50%, or less than 40%, or less than 30%, or less than 20%, or less than 10%, or less than 5%. , or less than 1% of these species may be present in the final co-precipitate relative to the amount in the aqueous feed solution.

단계 (i)에서, 하나 이상의 불순물은, 예를 들어 본 출원의 다른 곳에 설명된 바와 같은 임의의 적합한 방식으로 상기 적어도 2개의 금속(특히 니켈, 코발트 및 망간)을 포함하는 수용액으로부터 적어도 부분적으로(특히 부분적으로) 분리 및/또는 제거될 수 있다. In step (i), one or more impurities are removed at least partially from an aqueous solution comprising said at least two metals (in particular nickel, cobalt and manganese) in any suitable manner, for example as described elsewhere in the present application. In particular, it may be separated and/or removed (partially).

따라서, 추가 구현양태에서 니켈, 코발트 및 망간으로부터 선택된 적어도 2개의 금속을 포함하는 공-침전물을 생성하는 방법이 제공되며, 이 방법은:Accordingly, in a further embodiment there is provided a method of producing a co-precipitate comprising at least two metals selected from nickel, cobalt and manganese, comprising:

(i) 상기 적어도 2개의 금속 및 적어도 하나의 불순물을 포함하는 수성 공급 용액을 제공하고, 임의로 공급 용액으로부터 하나 이상의 불순물을 제거 및/또는 분리하는 단계; 그리고(i) providing an aqueous feed solution comprising the at least two metals and at least one impurity, and optionally removing and/or separating one or more impurities from the feed solution; and

(ii) 공급 용액으로부터 상기 적어도 2개의 금속을 공-침전시키기 위해 공급 용액의 pH를 약 6.2 내지 약 11, 임의로 약 6.2 내지 약 10 또는 약 6.2 내지 약 9.2로 조정하는 단계를 포함한다.(ii) adjusting the pH of the feed solution to about 6.2 to about 11, optionally about 6.2 to about 10, or about 6.2 to about 9.2 to co-precipitate said at least two metals from the feed solution.

또 다른 구현양태에서는 니켈, 코발트 및 망간으로부터 선택된 적어도 2개의 금속을 포함하는 공-침전물을 생성하는 방법이 제공되며, 이 방법은 다음 단계를 포함한다:In another embodiment, a method is provided for producing a co-precipitate comprising at least two metals selected from nickel, cobalt, and manganese, comprising the following steps:

(i) 적어도 2개의 금속을 포함하는 공급 혼합물을 제공하는 단계, 상기 공급 혼합물은 산화된 공급물, 환원된 공급물 또는 비산화된 공급물 중 하나이며, 여기서:(i) providing a feed mixture comprising at least two metals, the feed mixture being one of an oxidized feed, a reduced feed, or a non-oxidized feed, wherein:

산화된 공급물은 2 미만의 산화 상태에서보다 2 초과의 산화 상태에서 적어도 2개의 금속을 더 많이 갖고; The oxidized feed has more of at least two metals in an oxidation state greater than 2 than in an oxidation state less than 2;

환원된 공급물은 2 초과 산화 상태에서보다 2 미만의 산화 상태에서 적어도 2개의 금속을 더 많이 갖거나, 산화 상태 2에서 적어도 2개의 금속을 실질적으로 모두 갖고 황화물 형태의 적어도 2개의 금속 중 적어도 일부를 갖고; 그리고 The reduced feed has more of the at least two metals in an oxidation state of less than 2 than in an oxidation state of more than 2, or has substantially all of the at least two metals in oxidation state 2 and at least some of the at least two metals in sulfide form. have; and

비산화된 공급물은 2의 산화 상태에서 적어도 2개의 금속을 실질적으로 모두 갖고 황화물 형태의 적어도 2개의 금속은 실질적으로 전혀 갖지 않으며; The unoxidized feed has substantially all of the at least two metals in the 2 oxidation state and substantially none of the at least two metals in the sulfide form;

공급 혼합물을 수용액으로 처리하여 상기 적어도 2개의 금속을 포함하는 침출수를 형성하는 단계, 여기서 수용액의 pH는 침출수의 pH가 약 1 내지 약 7이 되도록 하고 여기서:treating the feed mixture with an aqueous solution to form a leachate comprising said at least two metals, wherein the pH of the aqueous solution is such that the pH of the leachate is from about 1 to about 7, wherein:

공급 혼합물이 산화된 공급물인 경우, 처리는 환원제를 포함하는 시약을 첨가하는 것을 추가로 포함하고; 그리고 If the feed mixture is an oxidized feed, the treatment further comprises adding a reagent comprising a reducing agent; and

공급 혼합물이 환원된 공급물 경우, 처리는 산화제를 포함하는 시약을 첨가하는 것을 추가로 포함하고; If the feed mixture is a reduced feed, the treatment further comprises adding a reagent comprising an oxidizing agent;

이로써 침출수는 2위 산화 상태인 적어도 2개의 금속을 포함하고, This ensures that the leachate contains at least two metals in the second oxidation state;

상기 적어도 2개의 금속 및 적어도 하나의 불순물을 포함하는 수성 공급 용액을 제공하기 위해, 상기 수성 공급 용액은 침출수이고, 임의로 공급 용액으로부터 하나 이상의 불순물(또는 상기 적어도 하나의 불순물의 적어도 일부)을 제거 및/또는 분리하고; 그리고to provide an aqueous feed solution comprising the at least two metals and at least one impurity, wherein the aqueous feed solution is a leachate, optionally removing one or more impurities (or at least a portion of the at least one impurity) from the feed solution; and /or separate; and

(ii) 공급 용액으로부터 상기 적어도 2개의 금속을 공-침전시키기 위해(또는 (a) 상기 적어도 2개의 금속을 포함하는 공-침전물; 및 (b) 상기 적어도 하나의 불순물의 적어도 일부를 포함하는 상청액을 제공하기 위해) 공급 용액의 pH를 약 6.2 내지 약 11, 임의로 약 6.2 내지 약 10 또는 약 6.2 내지 약 9.2로 조정하는 단계.(ii) to co-precipitate said at least two metals from a feed solution (or (a) a co-precipitate comprising said at least two metals; and (b) a supernatant comprising at least a portion of said at least one impurity. adjusting the pH of the feed solution to about 6.2 to about 11, optionally about 6.2 to about 10, or about 6.2 to about 9.2.

하나 이상의 불순물을 제거 및/또는 분리하는 단계는 침출수로부터 하나 이상의 불순물을 제거 및/또는 분리하는 단계일 수 있다.The step of removing and/or separating one or more impurities may be removing and/or separating one or more impurities from the leachate.

원하는 정도로 불순물을 분리 및/또는 제거하는 적절한 기술은 불순물의 특성에 기초하여 숙련가에 의해 선택될 수 있다. 예를 들어, 불순물의 적어도 일부는 고체 형태일 수 있다. 한 구현양태에서, 고체 불순물은 경사분리, 여과, 원심분리, 교결 및 침강, 또는 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 기술을 사용하여 공급 용액(또는 침출수)으로부터 분리 및/또는 제거될 수 있다. 예시적인 고체 불순물은 철, 알루미늄, 구리, 바륨, 카드뮴, 탄소, 크롬, 납, 규소, 황, 티타늄, 아연 및 지르코늄으로 구성된 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.Appropriate techniques for separating and/or removing impurities to the desired degree may be selected by the skilled artisan based on the nature of the impurities. For example, at least some of the impurities may be in solid form. In one embodiment, solid impurities may be separated and/or removed from the feed solution (or leachate) using at least one technique selected from the group consisting of decanting, filtration, centrifugation, cementation and sedimentation, or combinations thereof. You can. Exemplary solid impurities may include at least one selected from the group consisting of iron, aluminum, copper, barium, cadmium, carbon, chromium, lead, silicon, sulfur, titanium, zinc, and zirconium.

다른 예에서, 불순물의 적어도 일부는 액체(또는 용해된) 형태일 수 있다. 한 구현양태에서, 액체(또는 용해된) 불순물은 이온 교환, 침전, 흡수/흡착, 전기화학적 환원 및 증류, 또는 이들의 조합; 특히 이온 교환, 침전 및 흡착, 또는 이들의 조합; 또는 용매 추출, 이온 교환, 침전, 흡착 및 흡수, 또는 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 분리 기술을 사용하여 공급 용액(또는 침출수)으로부터 제거될 수 있다. 예시적인 액체 불순물로는 철, 구리, 아연, 칼슘, 마그네슘, 크롬, 불소, 납, 카드뮴, 규소 및 알루미늄; 특히 철, 구리, 아연, 칼슘, 마그네슘, 규소 및 알루미늄을 포함한다.In another example, at least some of the impurities may be in liquid (or dissolved) form. In one implementation, liquid (or dissolved) impurities can be removed by ion exchange, precipitation, absorption/adsorption, electrochemical reduction and distillation, or combinations thereof; In particular ion exchange, precipitation and adsorption, or combinations thereof; or removed from the feed solution (or leachate) using at least one separation technique selected from the group consisting of solvent extraction, ion exchange, precipitation, adsorption and absorption, or combinations thereof. Exemplary liquid impurities include iron, copper, zinc, calcium, magnesium, chromium, fluorine, lead, cadmium, silicon and aluminum; In particular, it contains iron, copper, zinc, calcium, magnesium, silicon and aluminum.

이온 교환은 적어도 하나의 불순물, 특히 적어도 하나의 준금속 또는 금속(액체) 불순물, 또는 알칼리 토금속(액체) 불순물을 제거하는 데 사용될 수 있다. 이온 교환을 사용하여 제거될 수 있는 예시적인 불순물은 마그네슘, 칼슘, 알루미늄, 철, 아연, 구리, 크롬, 카드뮴 및 스칸듐으로 구성된 군 중 적어도 하나; 특히 알루미늄, 철, 아연, 구리, 크롬, 카드뮴 및 스칸듐으로 구성된 군 중 적어도 하나를 포함한다. 이온 교환은 적어도 일부 아연을 제거하는 데 사용될 수 있다. 이온 교환은 적어도 두 번의 세척 단계, 특히 두 번의 세척 단계에서 수행될 수 있다. 이온 교환은 20℃ 내지 60℃의 온도; 또는 약 30 내지 50, 20 내지 40 또는 40 내지 60℃; 예를 들어 약 20, 30, 40, 50 또는 60℃에서 수행될 수 있다. 이온 교환의 pH는 약 2 내지 약 7, 또는 약 3 내지 약 7, 또는 약 3 내지 약 4, 예를 들어 약 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5, 5, 5.5, 6, 6.5 또는 7일 수 있다.Ion exchange can be used to remove at least one impurity, especially at least one metalloid or metal (liquid) impurity, or alkaline earth metal (liquid) impurity. Exemplary impurities that can be removed using ion exchange include at least one of the group consisting of magnesium, calcium, aluminum, iron, zinc, copper, chromium, cadmium, and scandium; In particular it includes at least one of the group consisting of aluminum, iron, zinc, copper, chromium, cadmium and scandium. Ion exchange can be used to remove at least some of the zinc. Ion exchange can be carried out in at least two washing steps, especially in two washing steps. Ion exchange is carried out at a temperature of 20°C to 60°C; or about 30 to 50, 20 to 40 or 40 to 60° C.; For example, it may be carried out at about 20, 30, 40, 50 or 60°C. The pH of the ion exchange is about 2 to about 7, or about 3 to about 7, or about 3 to about 4, for example about 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5, 5, 5.5, 6, 6.5 or 7. It can be.

불순물의 제거 및/또는 분리는 고체 및/또는 액체 및/또는 기체 불순물을 제거하는 기술의 조합을 사용하여 수행될 수 있다. 따라서 이는 고체 불순물 제거 및/또는 분리 단계, 및 액체 불순물 제거 및/또는 분리 단계를 포함할 수 있다. 이는 기체 불순물 제거 및/또는 분리 단계를 포함할 수 있다.Removal and/or separation of impurities may be performed using a combination of techniques to remove solid and/or liquid and/or gaseous impurities. Accordingly, it may include solid impurity removal and/or separation steps, and liquid impurity removal and/or separation steps. This may include gaseous impurity removal and/or separation steps.

한 구현양태에서, 불순물의 제거 및/또는 분리는 적어도 하나의 용기를 사용하여 수행될 수 있다. 적어도 하나의 용기는 1개 또는 2개의 용기일 수 있다. 상기 용기는 침강 용기일 수 있으며 그 안에 액체(동반된 고체를 포함할 수 있음)를 침강시키도록 구성될 수 있다. 상기 용기는 적어도 두 개의 출구를 포함할 수 있다. 상기 용기는 액체용 출구를 제공하기 위해 용기의 상부 부분에 있는 상부 출구, 및 침전된 고체를 위한 출구를 제공하기 위해 용기의 하부 부분에 있는 하부 출구를 포함할 수 있다.In one implementation, removal and/or separation of impurities may be performed using at least one vessel. The at least one container may be one or two containers. The vessel may be a settling vessel and may be configured to settle liquid (which may include entrained solids) therein. The vessel may include at least two outlets. The vessel may include an upper outlet in an upper portion of the vessel to provide an outlet for liquid, and a lower outlet in a lower portion of the vessel to provide an outlet for settled solids.

한 구현양태에서 단계 (i)는 다수의 용기를 사용하여 수행될 수 있다. 한 구현양태에서, 단계 (i)는 적어도 2개의 용기(또는 혼합 용기); 특히 두 개의 용기(또는 혼합 용기)를 사용하여 수행된다. 한 구현양태에서, 불순물의 제거 및/또는 분리는 적어도 두 개의 용기(또는 침강 용기); 특히 두 개의 용기(또는 침강 용기)를 사용하여 수행된다.In one implementation, step (i) may be performed using multiple vessels. In one implementation, step (i) comprises at least two vessels (or mixing vessels); In particular, it is performed using two vessels (or mixing vessels). In one implementation, the removal and/or separation of impurities may be accomplished using at least two vessels (or settling vessels); In particular, it is carried out using two vessels (or settling vessels).

한 구현양태에서, 니켈, 코발트 및 망간 중 적어도 하나 또는 2개를 포함하는 혼합물(또는 위에서 논의된 공급 혼합물)은 특히 교반되는 제1 혼합 용기의 수용액에 첨가된다. 용액(동반된 고체 포함)은 제1 혼합 용기 액체 출구를 통해 제1 혼합 용기에서 나가고, 제1 침강 용기 액체 입구를 통해 제1 침강 용기로 들어간다. 제1 침강 용기는 액체용 출구를 제공하기 위해 용기의 상부 부분에 적어도 하나의 상부 출구를 포함하고, 침강된 고체를 위한 출구를 제공하기 위해 용기의 하부 부분에 하부 출구를 포함한다. 상부 출구를 통해 제1 침강 용기에서 나오는 액체는 제1 측면의 방법의 단계 (ii)로 진행되거나, 또는 (제1 측면의 방법의 단계 (i)의 추가 부분으로서) 용액 중의 액체 불순물을 제거하기 위해 진행될 수 있다. 하부 출구를 통해 제1 침강 용기에서 나가는 액체/고체는 제2 혼합 용기 입구를 통해 제2 혼합 용기로 흐를 수 있다. 환원제 또는 산화제 및 침출제가 제2 혼합 용기에 첨가될 수 있다. 어떤 경우에는 침강 용기가 없고 용액이 여과기로 직접 이동된다. 제2 혼합 용기는 교반될 수 있다. 용액(동반된 고체 포함)은 제2 혼합 용기 액체 출구를 통해 제2 혼합 용기에서 나가고, 제2 침강 용기 액체 입구를 통해 제2 침강 용기로 들어간다. 제2 침강 용기는 액체용 출구를 제공하기 위해 용기의 상부 부분에 적어도 하나의 상부 출구를 포함하고, 침강된 고체를 위한 출구를 제공하기 위해 용기의 하부 부분에 하부 출구를 포함한다. 상부 출구를 통해 제2 침강 용기에서 나오는 액체는 제1 혼합 용기의 입구로 흐를 수 있다. 하부 출구를 통해 제2 침강 용기에서 나오는 액체/고체는, 예를 들어 스크류 프레스를 통과한 후 폐기될 수 있다. 이러한 배열의 장점은 니켈, 코발트 및 망간이 공-침전되는 용액에 남아 있는 산 및 환원제 또는 산화제의 양을 최소화한다는 것이다. 또한, 올바른 조건을 유지함으로써 제1 혼합 용기 내의 철(및 구리 및 알루미늄과 같은 기타 불순물)의 양을 최소화할 수 있다. 일부 구현양태에서, 방법은 3개 이상의 혼합 용기(또는 반응기)의 사용을 포함할 수 있다. 방법은 임의의 상기 혼합 용기에 첨가되는 시약의 양을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.In one implementation, a mixture comprising at least one or two of nickel, cobalt and manganese (or the feed mixture discussed above) is added to the aqueous solution of the first mixing vessel, especially while being stirred. The solution (including entrained solids) leaves the first mixing vessel through the first mixing vessel liquid outlet and enters the first settling vessel through the first settling vessel liquid inlet. The first settling vessel includes at least one upper outlet in an upper portion of the vessel to provide an outlet for liquid and a lower outlet in a lower portion of the vessel to provide an outlet for settled solids. The liquid leaving the first settling vessel through the top outlet proceeds to step (ii) of the method of the first aspect, or (as a further part of step (i) of the method of the first aspect) to remove liquid impurities in the solution. It can be done for. Liquid/solids exiting the first settling vessel through the lower outlet can flow into the second mixing vessel through the second mixing vessel inlet. A reducing or oxidizing agent and a leaching agent may be added to the second mixing vessel. In some cases there is no settling vessel and the solution is passed directly to the filter. The second mixing vessel can be agitated. The solution (including entrained solids) leaves the second mixing vessel through the second mixing vessel liquid outlet and enters the second settling vessel through the second settling vessel liquid inlet. The second settling vessel includes at least one upper outlet in an upper portion of the vessel to provide an outlet for liquid and a lower outlet in a lower portion of the vessel to provide an outlet for settled solids. Liquid exiting the second settling vessel through the upper outlet can flow to the inlet of the first mixing vessel. The liquid/solids leaving the second settling vessel via the lower outlet can be disposed of, for example after passing through a screw press. The advantage of this arrangement is that it minimizes the amount of acid and reducing or oxidizing agent remaining in the solution from which nickel, cobalt and manganese are co-precipitated. Additionally, the amount of iron (and other impurities such as copper and aluminum) in the first mixing vessel can be minimized by maintaining the correct conditions. In some implementations, the method may include the use of three or more mixing vessels (or reactors). The method may include controlling the amount of reagent added to any of the mixing vessels.

방법은 코발트, 망간 및 니켈 중 하나 이상을 공급 용액 또는 침출수에 첨가하여 니켈, 코발트 및 망간의 몰비를 요망되는 몰비로 조정하는 단계를 포함할 수 있다. 적합한 요망되는 몰비는 1:1:1 니켈:코발트:망간, 또는 6:2:2 니켈:코발트:망간, 또는 8:1:1 니켈:코발트:망간을 포함할 수 있다. 일부 구현양태에서, 요망되는 몰비는 1:1:1 니켈:코발트:망간, 2:1:1 니켈:코발트:망간, 3:1:1 니켈:코발트:망간, 4:1:1 니켈:코발트:망간, 5:1:1 니켈:코발트:망간, 6:1:1 니켈:코발트:망간, 7:1:1 니켈:코발트:망간, 8:1:1 니켈:코발트:망간, 9:1:1 니켈:코발트:망간, 10:1:1 니켈:코발트:망간, 5:3:2 니켈:코발트:망간, 9:0.5:0.5 니켈:코발트:망간, 또는 83:5:12 니켈:코발트:망간을 포함할 수 있다. 니켈:망간의 바람직한 몰비는 1:1 니켈:망간, 또는 6:2 니켈:망간, 또는 8:1 니켈:망간을 포함할 수 있다. 일부 구현양태에서, 요망되는 몰비는 1:1 니켈:망간, 2:1 니켈:망간, 3:1 니켈:망간, 4:1 니켈:망간, 5:1 니켈:망간, 6:1 니켈:망간, 7:1 니켈:망간, 8:1 니켈:망간, 9:1 니켈:망간, 10:1 니켈:망간, 5:3 니켈:망간 또는 9:0.5 니켈:망간을 포함할 수 있다. 코발트:망간의 바람직한 몰비는 1:1 코발트:망간, 또는 6:2 코발트:망간, 또는 8:1 코발트:망간을 포함할 수 있다. 일부 구현양태에서, 요망되는 몰비는 1:1 코발트:망간, 2:1 코발트:망간, 3:1 코발트:망간, 4:1 코발트:망간, 5:1 코발트:망간, 6:1 코발트:망간, 7:1 코발트:망간, 8:1 코발트:망간, 9:1 코발트:망간, 10:1 코발트:망간, 5:3 코발트:망간 또는 9:0.5 코발트:망간을 포함할 수 있다. 니켈:코발트의 바람직한 몰비는 1:1 니켈:코발트, 또는 6:2 니켈:코발트, 또는 8:1 니켈:코발트를 포함할 수 있다. 일부 구현양태에서, 요망되는 몰비는 1:1 니켈:코발트, 2:1 니켈:코발트, 3:1 니켈:코발트, 4:1 니켈:코발트, 5:1 니켈:코발트, 6:1 니켈:코발트, 7:1 니켈:코발트, 8:1 니켈:코발트, 9:1 니켈:코발트, 10:1 니켈:코발트, 5:3 니켈:코발트 또는 9:0.5 니켈:코발트를 포함할 수 있다. 한 구현양태에서, 상기 언급된 몰비는 공-침전물 중의 니켈:코발트:망간 비율 또는 니켈:코발트 비율 또는 니켈:망간 비율 또는 코발트:망간 비율일 수 있다. 공급 용액의 니켈, 코발트 또는 망간이 모두 침전되는 것은 아니다. 당업자는 원하는 응용 및 최종 물질(예를 들어 음극 물질)에서 원하는 니켈:코발트:망간의 비율에 기반하여 적합한 비율을 선택할 수 있을 것이다.The method may include adding one or more of cobalt, manganese, and nickel to the feed solution or leachate to adjust the molar ratios of nickel, cobalt, and manganese to the desired molar ratio. Suitable desired molar ratios may include 1:1:1 nickel:cobalt:manganese, or 6:2:2 nickel:cobalt:manganese, or 8:1:1 nickel:cobalt:manganese. In some implementations, the desired molar ratios are 1:1:1 nickel:cobalt:manganese, 2:1:1 nickel:cobalt:manganese, 3:1:1 nickel:cobalt:manganese, 4:1:1 nickel:cobalt. :manganese, 5:1:1 nickel:cobalt:manganese, 6:1:1 nickel:cobalt:manganese, 7:1:1 nickel:cobalt:manganese, 8:1:1 nickel:cobalt:manganese, 9:1 :1 Nickel:Cobalt:Manganese, 10:1:1 Nickel:Cobalt:Manganese, 5:3:2 Nickel:Cobalt:Manganese, 9:0.5:0.5 Nickel:Cobalt:Manganese, or 83:5:12 Nickel:Cobalt : May contain manganese. Preferred molar ratios of nickel:manganese may include 1:1 nickel:manganese, or 6:2 nickel:manganese, or 8:1 nickel:manganese. In some implementations, the desired molar ratios are 1:1 nickel:manganese, 2:1 nickel:manganese, 3:1 nickel:manganese, 4:1 nickel:manganese, 5:1 nickel:manganese, 6:1 nickel:manganese. , 7:1 nickel:manganese, 8:1 nickel:manganese, 9:1 nickel:manganese, 10:1 nickel:manganese, 5:3 nickel:manganese, or 9:0.5 nickel:manganese. Preferred molar ratios of cobalt:manganese may include 1:1 cobalt:manganese, or 6:2 cobalt:manganese, or 8:1 cobalt:manganese. In some embodiments, the desired molar ratios are 1:1 cobalt:manganese, 2:1 cobalt:manganese, 3:1 cobalt:manganese, 4:1 cobalt:manganese, 5:1 cobalt:manganese, 6:1 cobalt:manganese. , 7:1 cobalt:manganese, 8:1 cobalt:manganese, 9:1 cobalt:manganese, 10:1 cobalt:manganese, 5:3 cobalt:manganese, or 9:0.5 cobalt:manganese. Preferred molar ratios of nickel:cobalt may include 1:1 nickel:cobalt, or 6:2 nickel:cobalt, or 8:1 nickel:cobalt. In some implementations, the desired molar ratios are 1:1 nickel:cobalt, 2:1 nickel:cobalt, 3:1 nickel:cobalt, 4:1 nickel:cobalt, 5:1 nickel:cobalt, 6:1 nickel:cobalt. , 7:1 nickel:cobalt, 8:1 nickel:cobalt, 9:1 nickel:cobalt, 10:1 nickel:cobalt, 5:3 nickel:cobalt, or 9:0.5 nickel:cobalt. In one implementation, the above-mentioned molar ratio may be the nickel:cobalt:manganese ratio or the nickel:cobalt ratio or the nickel:manganese ratio or the cobalt:manganese ratio in the co-precipitate. Not all of the nickel, cobalt or manganese in the feed solution precipitates. One skilled in the art will be able to select a suitable ratio based on the desired application and desired nickel:cobalt:manganese ratio in the final material (e.g., cathode material).

용액에 첨가되는 코발트, 망간 및 니켈 중 하나 이상은 임의의 적합한 형태일 수 있다. 하나 이상의 코발트-함유 화합물, 망간-함유 화합물 또는 니켈-함유 화합물이 공급 용액에 첨가될 수 있다. 예를 들어, 첨가된 코발트, 망간 및 니켈은 하나 이상의 황산염, 수산화물 염 또는 탄산염, 또는 이들의 혼합물의 형태일 수 있으며; 특히 CoSO4, NiSO4 및/또는 MnSO4 형태일 수 있다. 일부 경우에, 공급 혼합물은 각각 독립적으로 산화된 공급물, 환원된 공급물 또는 비산화된 공급물인 별개의 공급물 혼합물을 배합하여 현재 기술된 방법에 사용하기 위한 복합 공급물을 생성함으로써 생성될 수 있다. 다른 경우에는, 각각 독립적으로 산화된 공급물, 환원된 공급물 또는 비산화된 공급물인 하나 이상의 공급 혼합물을 사용하여 본원에 기술된 방법에 의해 하나 이상의 침출수를 생성할 수 있으며, 하나 이상의 침출수는 이어서 복합 침출수를 제공하기 위해 임의의 적합한 비율로 배합될 수 있다. 한 구현양태에서, Ni, Co 및 Mn 이외의 금속(임의의 적절한 형태)이 침출수 또는 수성 공급 용액에 첨가될 수 있다. 이는 존재하는 상기 다른 금속과 함께 공-침전물을 생성하는 데 도움이 될 수 있다.One or more of cobalt, manganese and nickel added to the solution may be in any suitable form. One or more cobalt-containing compounds, manganese-containing compounds, or nickel-containing compounds may be added to the feed solution. For example, the added cobalt, manganese and nickel may be in the form of one or more sulfate salts, hydroxide salts or carbonates, or mixtures thereof; In particular, it may be in the form of CoSO 4 , NiSO 4 and/or MnSO 4 . In some cases, the feed mixture may be created by combining separate feed mixtures, each of which is independently an oxidized feed, a reduced feed, or a non-oxidized feed, to produce a composite feed for use in the presently described process. there is. In other cases, one or more leachates may be produced by the methods described herein using one or more feed mixtures, each of which is independently an oxidized feed, a reduced feed, or a non-oxidized feed, and the one or more leachates are then They can be combined in any suitable ratio to provide a composite leachate. In one implementation, metals other than Ni, Co, and Mn (in any suitable form) may be added to the leachate or aqueous feed solution. This may help create co-precipitates with the other metals present.

방법의 단계 (ii)는 니켈, 코발트 및 망간으로부터 선택되는 적어도 2개의 금속을 포함하는 공-침전물을 생성한다. 한 구현양태에서, 니켈, 코발트 및 망간으로부터 선택된 적어도 2개의 금속은 모두 니켈, 코발트 및 망간이다.Step (ii) of the method produces a co-precipitate comprising at least two metals selected from nickel, cobalt and manganese. In one implementation, the at least two metals selected from nickel, cobalt, and manganese are all nickel, cobalt, and manganese.

한 구현양태에서, 공-침전물 중 1% 초과, 또는 10% 초과, 또는 20% 초과, 또는 50% 초과, 또는 60% 초과, 또는 80% 초과, 또는 90% 초과, 또는 99% 초과의 적어도 하나의 금속(특히 적어도 2개의 금속, 더욱 특히 니켈, 코발트 및 망간 모두)은 (침출된) 공급 혼합물로부터 유래된다. 한 구현양태에서, 공급 혼합물은 배합된 다수의 공급 혼합물일 수 있다. 한 구현양태에서, 상기 다수의 공급 혼합물 각각은 다른 공급원으로부터 유래될 수 있다.In one embodiment, at least one of greater than 1%, or greater than 10%, or greater than 20%, or greater than 50%, or greater than 60%, or greater than 80%, or greater than 90%, or greater than 99% of the co-precipitate. of the metals (in particular at least two metals, more particularly all nickel, cobalt and manganese) originate from the (leached) feed mixture. In one implementation, the feed mixture may be multiple feed mixtures that are combined. In one implementation, each of the plurality of feed mixtures may originate from a different source.

공-침전 단계의 pH는 약 6.2 내지 약 11, 또는 약 6.2 내지 약 10.5, 또는 약 6.2 내지 약 10, 또는 약 6.2 내지 약 9.2, 6.2 내지 9, 6.2 내지 8, 6.2 내지 7, 6.2 내지 6.5, 6.5 내지 9.2, 7 내지 9.2, 8 내지 9.2, 9 내지 9.2, 6.5 내지 9, 6.5 내지 8, 7 내지 9 또는 7 내지 8, 예를 들어 약 6.2, 6.3, 6.4, 6.5, 7, 7.5, 8, 8.5, 8.6, 8.7, 8.8, 8.9, 9, 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5, 9.6, 9.7, 9.8, 9.9 또는 10의 pH이다. 적어도 2개의 금속이 공-침전되는 공급 용액이 상대적으로 순수한 경우, pH는 약 9 내지 9.2가 유리할 수 있다.The pH of the co-precipitation step is about 6.2 to about 11, or about 6.2 to about 10.5, or about 6.2 to about 10, or about 6.2 to about 9.2, 6.2 to 9, 6.2 to 8, 6.2 to 7, 6.2 to 6.5, 6.5 to 9.2, 7 to 9.2, 8 to 9.2, 9 to 9.2, 6.5 to 9, 6.5 to 8, 7 to 9 or 7 to 8, for example about 6.2, 6.3, 6.4, 6.5, 7, 7.5, 8, A pH of 8.5, 8.6, 8.7, 8.8, 8.9, 9, 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5, 9.6, 9.7, 9.8, 9.9 or 10. If the feed solution from which at least two metals are co-precipitated is relatively pure, a pH of about 9 to 9.2 may be advantageous.

본 발명자들은 pH 선택은 존재하는 불순물과 그 농도에 따라 달라질 수 있지만, 더 높은 pH 범위를 사용하는 경우보다 약 7.0 내지 약 8.6, 또는 6.2 내지 8.6의 pH 범위가, 예를 들어 마그네슘 염 및/또는 칼슘 염과 같은 원치 않는 불순물의 공-침전이나 포함되는 것을 덜 초래할 수 있다는 것을 유리하게 발견했다. 예를 들어, 마그네슘은 일반적으로 pH 약 8.5 이상에서 용액으로부터 수산화물 또는 산화물로 침전되기 시작하는 반면, 칼슘은 일반적으로 약 pH 10.0 이상에서 용액으로부터 수산화물 또는 산화물로 침전되기 시작한다(그러나 이러한 불순물의 완전한 침전은 더 높은 pH가 달성될 때까지 달성되지 않으며 이러한 원소의 부분 침전은 침전 방법에 따라 더 낮은 pH에서 달성될 수 있다). 결과적으로, 일부 불순물이 침전되기 시작하는 pH에서도 공-침전이 이루어질 수 있다. 그러나, 불순물 침전의 상대적인 양은 배터리 물질의 성능에 부정적인 영향을 주지 않거나, 공-침전된 불순물의 원하는 양을 달성하거나, 원하는 배터리 물질 성능을 달성하도록 제어될 수 있다.The inventors have found that a pH range of about 7.0 to about 8.6, or 6.2 to 8.6, is better than using a higher pH range, although the choice of pH will depend on the impurities present and their concentrations, such as magnesium salts and/or It has advantageously been found to be less likely to result in co-precipitation or incorporation of unwanted impurities such as calcium salts. For example, magnesium generally begins to precipitate as a hydroxide or oxide from solution above a pH of about 8.5, while calcium generally begins to precipitate as a hydroxide or oxide from solution above a pH of about 10.0 (but the complete Precipitation is not achieved until a higher pH is achieved and partial precipitation of these elements may be achieved at a lower pH depending on the precipitation method). As a result, co-precipitation can occur even at pHs where some impurities begin to precipitate. However, the relative amount of impurity precipitation can be controlled so as not to negatively affect the performance of the battery material, achieve a desired amount of co-precipitated impurities, or achieve desired battery material performance.

pH를 조정하기 위해 임의의 적합한 시약(예를 들어, 염기)을 사용할 수 있다. 예시적인 시약(또는 염기)에는 수산화나트륨과 같은 알칼리 또는 알칼리 토류 수산화물이 포함될 수 있다. 그러나 염기는 니켈, 코발트 및/또는 망간 함유 물질, 예를 들어 신선한 고체(예를 들어 수산화물, 탄산염 또는 수산화탄산염) 또는 니켈, 코발트 및 망간 침전물(특히 수산화물 침전물과 같은 단계 (ii)에 의해 생성된 것)일 수 있다.Any suitable reagent (e.g., base) may be used to adjust pH. Exemplary reagents (or bases) may include alkali or alkaline earth hydroxides such as sodium hydroxide. However, the base may be derived from nickel, cobalt and/or manganese containing material, such as fresh solids (e.g. hydroxides, carbonates or hydrocarbonates) or nickel, cobalt and manganese precipitates (especially hydroxide precipitates) produced by step (ii). It can be).

단계 (ii)는 임의의 적합한 온도 또는 압력에서 수행될 수 있다. 이는 공급 용액이 액체 형태인 온도 및 압력에서 수행될 수 있다. 한 구현양태에서, 단계 (ii)는 약 15 내지 약 25℃, 예를 들어 대략 실온에서 수행된다. 한 구현양태에서, 단계 (ii)는 약 100℃ 미만, 또는 약 90, 85, 80, 70, 60 또는 50℃ 미만의 온도에서 수행된다. 다른 구현양태에서, 단계 (ii)는 약 30℃ 초과, 또는 약 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75 또는 80℃ 초과의 온도에서 수행된다. 한 구현양태에서, 단계 (ii)는 약 25℃ 내지 약 100℃, 또는 약 40℃ 내지 95℃, 50℃ 내지 95℃, 60℃ 내지 90℃ 또는 70℃ 내지 90℃의 온도에서 수행된다. 한 구현양태에서, 단계 (ii)는 약 80℃의 온도에서 수행된다. 다른 구현양태에서, 단계 (ii)는 대기압에서 수행된다.Step (ii) may be carried out at any suitable temperature or pressure. This can be done at a temperature and pressure where the feed solution is in liquid form. In one implementation, step (ii) is performed at about 15 to about 25° C., for example at about room temperature. In one implementation, step (ii) is performed at a temperature below about 100°C, or below about 90, 85, 80, 70, 60 or 50°C. In other embodiments, step (ii) is performed at a temperature greater than about 30°C, or greater than about 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75 or 80°C. In one implementation, step (ii) is performed at a temperature of about 25°C to about 100°C, or about 40°C to 95°C, 50°C to 95°C, 60°C to 90°C, or 70°C to 90°C. In one implementation, step (ii) is performed at a temperature of about 80°C. In another embodiment, step (ii) is performed at atmospheric pressure.

단계 (ii)는 임의의 적합한 염기를 사용하여 수행될 수 있다. 한 구현양태에서, 염기는 탄산염, 중탄산염, 수산화물, 암모니아 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 암모니아일 수도 있다. 적합한 탄산염에는 탄산암모늄, 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산리튬, 또는 이들의 혼합물로부터 선택된 군으로부터 선택된 탄산염이 포함될 수 있다. 적합한 중탄산염은 중탄산나트륨, 중탄산암모늄 또는 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다. 적합한 중탄산염은 중탄산암모늄이다. 적합한 수산화물은 수산화암모늄 또는 수산화나트륨일 수 있다.Step (ii) may be performed using any suitable base. In one implementation, the base can be carbonate, bicarbonate, hydroxide, ammonia, or mixtures thereof. It could be ammonia. Suitable carbonates may include carbonates selected from the group selected from ammonium carbonate, sodium carbonate, potassium carbonate, lithium carbonate, or mixtures thereof. Suitable bicarbonates may be selected from the group consisting of sodium bicarbonate, ammonium bicarbonate or mixtures thereof. A suitable bicarbonate is ammonium bicarbonate. Suitable hydroxides may be ammonium hydroxide or sodium hydroxide.

적어도 2개의 금속은 산화물, 수산화물, 탄산염 및/또는 수산화-탄산염의 형태와 같은 임의의 적합한 형태로 공-침전될 수 있다.The at least two metals may co-precipitate in any suitable form, such as in the form of oxides, hydroxides, carbonates and/or hydroxy-carbonates.

적어도 2개의 금속은 니켈, 코발트 및 망간 중 3개 모두일 수 있다. 이들은 임의의 적합한 몰비로 공-침전될 수 있다. 예시적인 몰비는 1:1:1 니켈:코발트:망간, 또는 6:2:2 니켈:코발트:망간, 또는 8:1:1 니켈:코발트:망간을 포함할 수 있다. 일부 구현양태에서, 몰비는 1:1:1 니켈:코발트:망간, 2:1:1 니켈:코발트:망간, 3:1:1 니켈:코발트:망간, 4:1:1 니켈:코발트:망간, 5:1:1 니켈:코발트:망간, 6:1:1 니켈:코발트:망간, 7:1:1 니켈:코발트:망간, 8:1:1 니켈:코발트:망간, 9:1:1 니켈:코발트:망간, 10:1:1 니켈:코발트:망간 또는 9:0.5:0.5 니켈:코발트:망간을 포함한다.The at least two metals can be all three of nickel, cobalt and manganese. They can co-precipitate in any suitable molar ratio. Exemplary molar ratios may include 1:1:1 nickel:cobalt:manganese, or 6:2:2 nickel:cobalt:manganese, or 8:1:1 nickel:cobalt:manganese. In some embodiments, the molar ratio is 1:1:1 nickel:cobalt:manganese, 2:1:1 nickel:cobalt:manganese, 3:1:1 nickel:cobalt:manganese, or 4:1:1 nickel:cobalt:manganese. , 5:1:1 nickel:cobalt:manganese, 6:1:1 nickel:cobalt:manganese, 7:1:1 nickel:cobalt:manganese, 8:1:1 nickel:cobalt:manganese, 9:1:1 Includes nickel:cobalt:manganese, 10:1:1 nickel:cobalt:manganese, or 9:0.5:0.5 nickel:cobalt:manganese.

단계 (ii)는 상청액으로부터 공-침전물을 분리하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 분리는 경사분리 또는 여과 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 분리는 경사분리 또는 여과된 공-침전물을 용액에 재현탁시키는 것을 포함할 수 있다. 분리는 경사분리 또는 여과된 고체를 용액으로 세척하는 것을 포함할 수 있다.Step (ii) may include separating the co-precipitate from the supernatant. This separation may include one or more of decantation or filtration. Separation may involve resuspending the decanted or filtered co-precipitate in solution. Separation may involve decanting or washing the filtered solid with a solution.

제1 측면의 방법의 한 구현양태에서, 단계 (ii) 후에 공-침전물(특히 니켈, 코발트 및 망간)을 세척할 수 있다. 이는 초기에 형성된 공-침전물에 존재하는 불순물을 용해 및/또는 제거할 수 있다. 세척은 적어도 하나의 재현탁 세척 단계와 같은 적어도 하나의 세척 단계(또는 적어도 두 개의 세척 단계)로 수행될 수 있다. 초기에 형성된 공-침전물에는 회합이나 흡착에 의해 불순물이 존재할 수 있으며, 실질적으로 침전되지 않더라도 이러한 불순물을 제거하기 위해서는 세척이 필요할 수 있다. 한 구현양태에서, 세척은 수용액(특히 증류수와 같은 비교적 순수한 수용액)을 사용하거나 염기, 산 또는 알칼리 시약을 포함하는 용액(특히 수용액)을 사용하여 수행될 수 있다(이는 원하는 불순물 요소 제거를 달성할 수 있다). 세척 단계는 다수의 세척 단계를 포함할 수 있다. 상기 다수의 세척 단계는 상이한 세척 용액을 이용할 수 있다. 이는 다양한 불순물을 제거하는 데 도움이 될 수 있다. 이러한 세척 용액은 고체와 함께 동반된 오염된 용액을 제거할 수 있거나, 고체와 반응하여 부분적으로 공-침전된 불순물을 제거하거나, 둘 다를 수행할 수 있다.In one embodiment of the method of the first aspect, the co-precipitates (especially nickel, cobalt and manganese) can be washed after step (ii). This can dissolve and/or remove impurities present in the initially formed co-precipitate. Washing may be performed in at least one washing step (or at least two washing steps), such as at least one resuspension washing step. The initially formed co-precipitate may contain impurities due to association or adsorption, and washing may be necessary to remove these impurities even if they do not substantially precipitate. In one embodiment, washing may be performed using an aqueous solution (particularly a relatively pure aqueous solution such as distilled water) or using a solution (particularly an aqueous solution) comprising a base, acid or alkaline reagent (which may achieve the desired removal of impurity elements). can). The washing step may include multiple washing steps. The multiple washing steps may utilize different washing solutions. This can help remove various impurities. These washing solutions can remove contaminated solution entrained with the solids, remove impurities that have partially co-precipitated by reacting with the solids, or both.

방법의 한 구현양태에서, 단계 (ii) 후에 공-침전물(또는 침전된 니켈, 코발트 및 망간)을 리튬과 혼합할 수 있다. 이어서 리튬을 하소하고 공-침전(또는 니켈, 코발트 및 망간)할 수 있다. 이는 음극 활성 물질(CAM)을 형성할 수 있다. 공-침전물은 새로운 배터리에서 음극 활성 물질(CAM)로 사용하기 위한 NMC 물질을 제공하는 것일 수 있다.In one embodiment of the method, the co-precipitate (or precipitated nickel, cobalt and manganese) may be mixed with lithium after step (ii). The lithium can then be calcined and co-precipitated (or nickel, cobalt and manganese). This can form cathode active material (CAM). The co-precipitate may provide NMC material for use as a cathode active material (CAM) in new batteries.

한 구현양태에서, 소성된 리튬화 공-침전물은 10 mAh/g 초과, 또는 20, 50, 70, 100, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200 mAh/g 초과의 배터리 성능을 제공할 수 있다. 본 구현양태에서, 전기화학적 성능은 3.0-4.4V의 전압 범위 사이에서 0.2C의 충전-방전 속도로 수행된 코인 반쪽-셀 배터리 테스트에서 측정될 때 첫 번째 사이클 용량으로 정의된다.In one embodiment, the calcined lithiated co-precipitate has a lithiated co-precipitate greater than 10 mAh/g, or greater than 20, 50, 70, 100, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200 mAh/g. Battery performance can be provided. In this embodiment, electrochemical performance is defined as first cycle capacity as measured in a coin half-cell battery test conducted at a charge-discharge rate of 0.2C between a voltage range of 3.0-4.4V.

제1 측면의 방법의 다른 구현양태에서, 단계 (ii) 후에 침전 및/또는 이온 교환을 통해 상청액에서 남은 니켈 및/또는 코발트 및/또는 망간을 제거할 수 있다.In another embodiment of the method of the first aspect, the remaining nickel and/or cobalt and/or manganese may be removed from the supernatant after step (ii) through precipitation and/or ion exchange.

하나 이상의 불순물을 제거하는 단계 전 또는 후에 공급 용액은 하나 이상의 불순물을 포함할 수 있다. 이들 불순물은 Ca2+, Mg2+, Li+, Na+, K+, NH4 +, S, F- 및 Cl-; Cl-; 특히 Ca2+, Mg2+, Li+, Na+, K+, S, F- 및 Cl-로부터 선택될 수 있다. 철, 알루미늄, 구리, 아연, 카드뮴, 크롬, 규소, 납, 지르코늄 및 티타늄과 같은 다른 불순물이 추가로 또는 대안적으로 존재할 수 있다. 불순물은 최종 공-침전물에 포함될 경우 이로부터 만들어진 CAM의 성능에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 공급 용액에서의 수준일 수 있다.The feed solution may include one or more impurities before or after the step of removing one or more impurities. These impurities include Ca 2+ , Mg 2+ , Li + , Na + , K + , NH 4 + , S, F - and Cl - ; Cl- ; In particular, it may be selected from Ca 2+ , Mg 2+ , Li + , Na + , K + , S, F - and Cl - . Other impurities such as iron, aluminum, copper, zinc, cadmium, chromium, silicon, lead, zirconium and titanium may additionally or alternatively be present. Impurities may be at levels in the feed solution that, if included in the final co-precipitate, can negatively affect the performance of the CAM made therefrom.

한 구현양태에서, 본원에 기술된 방법은 필요한 경우 Ni, Co 및 Mn으로부터 선택된 적어도 2개의 금속을 포함하는 공급 용액을 처리하여 일부 불순물을 제거하고, 용액에서 필요한 Ni:Mn:Co 비율(또는 Ni:Co, Ni:Mn 또는 Co:Mn 비율)을 달성하기 위해 임의로 생성된 용액을 충분한 양의 다른 Ni 및/또는 Co 및/또는 Mn 함유 용액과 혼합하는 단계를 포함한다. 공-침전물은 잔여 불순물의 존재 하에 용액으로부터 선택적으로 침전되어, 여과, 세척 및 세정된 공-침전물은 불순물에 대해 적절하게 순수할 수 있고 추가 처리 후 배터리 물질로서 충분한 성능과 같은 적절한 특성을 가질 수 있다. In one implementation, the methods described herein include treating a feed solution comprising at least two metals selected from Ni, Co, and Mn, if desired, to remove some impurities and maintaining the required Ni:Mn:Co ratio (or Ni) in the solution. :Co, Ni:Mn or Co:Mn ratio), optionally mixing the resulting solution with a sufficient amount of another Ni and/or Co and/or Mn containing solution. The co-precipitate is selectively precipitated from solution in the presence of residual impurities, so that the filtered, washed and cleaned co-precipitate can be suitably pure with respect to impurities and have suitable properties such as sufficient performance as a battery material after further processing. there is.

한 구현양태에서, 공-침전물의 침전은 일부 불순물의 존재 하에 수행된다. 즉, 공급 용액(또는 공급 용액을 생성하는 데 사용되는 고체 물질)에 존재하는 일부 불순물은 침전 단계 이전에 해당 용액에서 제거되지 않을 수 있다. 이러한 불순물이 초기에 형성된 공-침전물에 나타나지 않거나, 또는 초기에 형성된 공-침전물에 나타나지만 나중에 씻겨 나가거나 제거되거나, 배터리 음극 물질로서의 의도된 사용에서 전구체 물질의 충분한 성능을 발휘하는 농도 및 형태로 최종 공-침전물에 나타나도록, 공-침전물에 나타나는 이러한 불순물의 양은 상류 불순물 제거 또는 분리 단계의 제어, 그리고 침전 단계 및 후속 전구체 세척 및 세정 단계의 제어를 통해 제어될 수 있다. 이러한 맥락에서, "초기에 형성된 공-침전물"은 여기서 pH 조정 후 수성 공급 용액으로부터 초기에 침전된 물질을 의미하고, "최종 공-침전물"은 본원에 기술된 임의의 후속 정제 단계(예를 들어, 세척, 건조) 후에 초기에 형성된 공-침전물로부터 생성된 고체 물질을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 최종 공-침전물은 리튬이온 배터리 제조용 전구체 물질로 사용될 수 있다. 한 구현양태에서, 본원에 기술된 공-침전물은 초기에 형성된 공-침전물이다.In one implementation, precipitation of the co-precipitate is performed in the presence of some impurities. That is, some impurities present in the feed solution (or the solid materials used to produce the feed solution) may not be removed from that solution prior to the precipitation step. These impurities may not appear in the initially formed co-precipitate, or may appear in the initially formed co-precipitate but are later washed out or removed, or may be deposited in the final concentration and form to provide sufficient performance of the precursor material for its intended use as a battery cathode material. The amount of these impurities present in the co-precipitate can be controlled through control of the upstream impurity removal or separation step and control of the precipitation step and subsequent precursor washing and rinsing steps. In this context, “initially formed co-precipitate” herein means the material initially precipitated from the aqueous feed solution after pH adjustment, and “final co-precipitate” means any subsequent purification step described herein (e.g. , washing, drying) and should be understood to mean the solid material produced from the initially formed co-precipitate. The resulting co-precipitate can be used as a precursor material for lithium-ion battery manufacturing. In one implementation, the co-precipitate described herein is an initially formed co-precipitate.

전구체 물질의 생산에 대한 기존 또는 표준 접근법은 황산염, 금속, 수산화물, 산화물, 탄산염 등과 같은 매우 고순도의 Ni 또는 Co 또는 Mn 물질로 시작하여 이 물질을 황산염 용액에 용해시킨다. 그런 다음 세 가지 원소의 용액을 함께 혼합하여 필요한 Ni:Co:Mn 비율을 달성한다. 생성된 용액에는 불순물 원소가 전혀 포함되어 있지 않거나 미미한 양이 포함되어 있다. 이 NiMnCo 용액은 일부 암모니아 함유 용액과도 혼합될 수 있는데, 암모니아는 침전 반응을 유리하게 중재할 수 있는 착화제 역할을 할 수 있기 때문이다. 이어서, 수산화나트륨 또는 탄산나트륨, 또는 상기 나트륨 또는 암모늄의 수산화물과 탄산염의 조합을 사용하여 전구체를 침전시킨다. 이로 인해 혼합된 Ni/Co/Mn-함유 산화물 또는 탄산염 또는 산화물과 탄산염의 혼합물이 침전된다. 그 후 침전된 물질을 여과하고 물로 세척한다. 또한 때로는 남은 황산 이온이 추출되도록 하는 추가 탄산나트륨 용액과 함께 세척되거나 다시 혼합된다. 이러한 방식으로, 매우 높은 순도의 공급 물질로부터 적절한 배터리 성능을 갖춘 일반적인 전구체 물질이 생산된다.The conventional or standard approach to the production of precursor materials starts with very high purity Ni or Co or Mn materials such as sulfates, metals, hydroxides, oxides, carbonates, etc., and dissolves these materials in a sulfate solution. Solutions of the three elements are then mixed together to achieve the required Ni:Co:Mn ratio. The resulting solution contains no or insignificant amounts of impurity elements. This NiMnCo solution can also be mixed with some ammonia-containing solutions, since ammonia can act as a complexing agent that can favorably mediate the precipitation reaction. The precursor is then precipitated using sodium hydroxide or sodium carbonate, or a combination of hydroxides and carbonates of sodium or ammonium. This results in the precipitation of mixed Ni/Co/Mn-containing oxides or carbonates or a mixture of oxides and carbonates. Afterwards, the precipitated material is filtered and washed with water. It is also sometimes washed or remixed with additional sodium carbonate solution which allows the remaining sulfate ions to be extracted. In this way, common precursor materials with adequate battery performance are produced from very high purity feed materials.

이러한 표준 접근법의 주된 이유는 배터리 전구체 물질의 생산이 배터리 성능에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 임의의 불순물 원소에 의한 배터리 물질의 오염을 피하기 위해 매우 높은 순도의 공급 물질을 필요로 하는 것으로 생각되기 때문이다.The main reason for this standard approach is that the production of battery precursor materials is believed to require very high purity feed materials to avoid contamination of the battery materials by any impurity elements that could negatively affect battery performance. .

그러나, 본 발명자들은 놀랍게도 배터리 물질 성능에 부정적인 영향을 주지 않고 전구체 제조 공정 동안 일부 원소가 존재할 수 있다는 것을 발견하였다. 이는 전구체 생성물을 오염시키거나 부정적인 영향을 주지 않고 이러한 원소를 용액에 도입하는 공급 물질 및 공정을 사용하는 것이 가능하다는 것을 의미한다. 일부 구현양태에서, 공-침전 전에 적어도 하나의 불순물이 수성 공급 용액에 첨가될 수 있다. 이는 공-침전 단계(예를 들어, 적어도 하나의 불순물이 나트륨 및 칼륨 염을 포함하는 경우)에 도움이 될 수 있다.However, the present inventors have surprisingly discovered that some elements can be present during the precursor manufacturing process without adversely affecting battery material performance. This means that it is possible to use feed materials and processes that introduce these elements into solution without contaminating or negatively affecting the precursor product. In some implementations, at least one impurity can be added to the aqueous feed solution prior to co-precipitation. This may be helpful in co-precipitation steps (e.g., when at least one impurity includes sodium and potassium salts).

본 발명의 방법에 사용되는 수성 공급 용액을 제조하는데 사용되는 물질은 위에서 언급된 동시 계류 중인 출원에서 논의된 것들을 포함할 수 있다. 이는 또한 하나 이상의 불순물을 포함할 수도 있지만, Ni 또는 Co 또는 Mn 중 하나 이상을 상당량 포함하지 않는 Ni 또는 Co 또는 Mn 물질을 포함할 수도 있다. 한 구현양태에서, Ni, Co 또는 Mn 물질 중 적어도 하나는 적어도 하나의 불순물을 포함할 수 있다. 따라서 위에서 언급된 동시 계류 중인 출원에 대해 논의된 선택적 침출 조건은 여기서도 사용되는 개별 물질에 적용된다. 이들 불순물은 최종 공-침전물에 의해 배터리 물질로서 충분한 성능이 달성될 수 있는 농도로 pH를 조정하는 단계 이전에 수성 공급 용액으로부터 제거되기만 하면 된다. 이러한 불순물 중 일부가 존재하면 경우에 따라 배터리 물질의 성능이 실제로 향상될 수도 있다.Materials used to prepare the aqueous feed solution used in the process of the present invention may include those discussed in the co-pending application referenced above. It may also include one or more impurities, but may also include Ni or Co or Mn material that does not contain significant amounts of one or more of Ni or Co or Mn. In one implementation, at least one of the Ni, Co, or Mn materials may include at least one impurity. Therefore, the selective leaching conditions discussed for the co-pending application mentioned above also apply to the individual substances used here. These impurities need only be removed from the aqueous feed solution prior to the step of adjusting the pH to a concentration where sufficient performance as a battery material can be achieved by the final co-precipitate. The presence of some of these impurities may actually improve the performance of battery materials in some cases.

Li(I), Na(I) 및 K(I)와 같은 알칼리 금속은 일반적으로 산성 용액에 매우 잘 용해되며 안정화 또는 산화 침전 거동을 나타내지 않으므로 일반적으로 수성 공급 용액 제조에 사용되는 침출 조건에서 용해될 것이다. Mg(II)와 같은 알칼리 토금속은 일반적으로 유사한 거동을 나타낸다. Ca(II)와 같은 알칼리 토금속도 일반적으로 용해되지만 황산에서는 다양한 황산염 화합물의 용해도로 인해 상대적으로 낮은 농도로 제한될 수 있다. 따라서 이러한 요소는 공급 용액에 존재할 수 있다. 그러나 Li, Na 및 K와 같은 알칼리 금속은 일반적으로 12보다 큰 pH 값까지 수용액에 용해되므로 일반적으로 크게 침전되거나 공-침전되지 않는다. Mg와 같은 알칼리 토금속은 약 pH 8-9에서 수산화물 또는 탄산염으로 침전될 수 있다. Ca와 같은 알칼리 토금속은 약 pH 8-9에서 탄산염으로 침전되고 약 pH 9-10에서 수산화물로 침전될 수 있다. 따라서 공-침전 단계 동안, pH를 주의 깊게 제어하고 염기 첨가, 용액 내 원소의 초기 농도 및 용액 내 원소의 최종 농도와 같은 변수(및 온도, 시약 첨가 속도, 시약 농도 및 세척 조건을 포함하여 이러한 침전 거동에 영향을 미칠 수 있는 기타 변수)를 신중하게 제어해야 한다. 그리고 침전 시약을 선택하고 pH를 주의 깊게 제어하고 염기 첨가, 용액 내 원소의 초기 농도 및 용액 내 원소의 최종 농도와 같은 변수(및 온도, 시약 첨가 속도, 시약 농도 및 세척 조건을 포함하는 침전 거동에 영향을 미칠 수 있는 기타 변수), 및 침전 시약의 가능한 선택은 공-침전(또는 여러 침전 단계 및/또는 여러 세척 단계가 사용되는 경우 최종 공-침전)이 형성되는 동안 이러한 원소의 거동을 제어할 수 있다. Li, Na 및 K는 공-침전물이 침전되는 pH 값보다 더 높은 pH 값까지 가용성임에도 불구하고, 선택적 침전 및 세척이 수행되지 않으면 이러한 원소는 고체 생성물을 실질적으로 오염시킬 수 있고, 특히 공-침전 침전 후 상층액에 있는 이들 원소의 양이 공-침전 자체의 침전을 위해서만 시약을 첨가한 경우보다 더 높은 경우에는 더욱 그렇다.Alkali metals such as Li(I), Na(I), and K(I) are generally very soluble in acidic solutions and do not exhibit stabilization or oxidative precipitation behavior, making them soluble under the leaching conditions typically used to prepare aqueous feed solutions. will be. Alkaline earth metals such as Mg(II) generally exhibit similar behavior. Alkaline earth metals such as Ca(II) are also generally soluble, but may be limited to relatively low concentrations in sulfuric acid due to the solubility of various sulfate compounds. Therefore, these elements may be present in the feed solution. However, alkali metals such as Li, Na and K are generally soluble in aqueous solutions up to pH values greater than 12 and therefore do not generally precipitate or co-precipitate significantly. Alkaline earth metals such as Mg can precipitate as hydroxides or carbonates at about pH 8-9. Alkaline earth metals such as Ca can precipitate as carbonates at about pH 8-9 and as hydroxides at about pH 9-10. Therefore, during the co-precipitation step, the pH must be carefully controlled and variables such as base addition, initial concentration of the element in solution, and final concentration of the element in solution (and temperature, reagent addition rate, reagent concentration, and washing conditions) must be taken into account to determine the Other variables that may affect behavior must be carefully controlled. Then, select the precipitation reagent, carefully control the pH, and adjust the precipitation behavior to variables such as base addition, initial concentration of the element in solution, and final concentration of the element in solution (and temperature, reagent addition rate, reagent concentration, and washing conditions). other variables that may influence it), and the possible choice of precipitation reagent may control the behavior of these elements during the formation of the co-precipitate (or the final co-precipitate if multiple precipitation steps and/or multiple washing steps are used). You can. Although Li, Na and K are soluble up to pH values higher than the pH values at which the co-precipitates are precipitated, if selective precipitation and washing are not performed these elements can substantially contaminate the solid product, especially co-precipitates. This is especially true if the amount of these elements in the supernatant after precipitation is higher than if the reagent was added only for the precipitation of the co-precipitation itself.

이는 공급 용액을 제조하기 위한 공급 물질로서 상당한 Li, Na, K, Mg 또는 Ca 불순물도 함유하는 임의의 Ni, 또는 Co 또는 Mn-함유 물질이 사용될 수 있으며 이러한 불순물을 제거하는 대신 선택적 용해 및 불순물 제거 및/또는 분리 단계가 사용될 수 있음을 의미하고, 배터리 성능에 대한 이들 원소의 임의의 부정적인 영향은 전구체 침전, 세척 및 세정 공정의 제어를 포함할 수 있는 본원에 기술된 방법에 의해 방지될 수 있다.This means that any Ni-, or Co- or Mn-containing material that also contains significant Li, Na, K, Mg or Ca impurities can be used as the feed material for preparing the feed solution, and instead of removing these impurities, selective dissolution and impurity removal can be used. and/or separation steps may be used, and any negative effects of these elements on battery performance may be prevented by the methods described herein, which may include control of precursor precipitation, washing, and cleaning processes. .

본원에 기술된 방법의 단계 (ii)는, 예를 들어 탄산나트륨, 수산화나트륨, 탄산칼륨, 수산화칼륨, 탄산리튬, 수산화리튬, 암모니아, 탄산암모늄 및 수산화암모늄 중 하나 이상을 침전 시약(예를 들어, 공급 용액의 pH 조정하기 위해)으로서 사용하여 수행될 수 있다. Step (ii) of the method described herein may comprise, for example, one or more of sodium carbonate, sodium hydroxide, potassium carbonate, potassium hydroxide, lithium carbonate, lithium hydroxide, ammonia, ammonium carbonate and ammonium hydroxide using a precipitation reagent (e.g. (To adjust the pH of the feed solution).

본원에 기술된 방법의 단계 (ii)는 임의의 적절한 시간 동안 수행될 수 있다. 예를 들어, 단계 (ii)는 적어도 1시간, 2시간, 4시간, 8시간, 16시간, 24시간, 36시간 또는 48시간 동안 수행될 수 있다.Step (ii) of the method described herein may be performed for any suitable amount of time. For example, step (ii) can be performed for at least 1 hour, 2 hours, 4 hours, 8 hours, 16 hours, 24 hours, 36 hours or 48 hours.

공급 용액 중 Ni, Co 및/또는 Mn의 농도, Ni, Co 및 Mn 용액 첨가 속도, pH 조정 속도, 온도, 반응 시간, 숙성 시간 및 암모니아와 같은 착화 이온의 존재와 같은 기타 많은 요인의 세심한 제어는 Ni:Mn:Co의 목표 비율에서 전구체 물질의 침전을 수행하여 초기 공-침전물을 생성하는 데 사용될 수 있으며, 이후 여과 및 세척되어 충분한 성능과 같은 배터리 전구체 물질을 얻을 수 있다. 초기 공-침전물이 형성된 후, 적어도 2개의 금속이 존재하는 환경을 조절하여 적어도 2개의 금속의 산화를 최소화 또는 개선하거나, 적어도 2개의 금속의 산화를 최대화할 수 있다. 그러한 제어는 적어도 2개의 금속 또는 공-침전물, 또는 초기 공-침전물 또는 최종 공-침전물 주위의 대기를 제어하는 것을 포함할 수 있다. 대기를 제어하는 것은 대기 중 산소 농도 또는 임의의 기체상, 대기의 압력 또는 임의의 기체상을 제어하는 것을 포함할 수 있다.Careful control of many other factors such as the concentration of Ni, Co and/or Mn in the feed solution, rate of addition of Ni, Co and Mn solutions, rate of pH adjustment, temperature, reaction time, maturation time and presence of complexing ions such as ammonia is required. It can be used to produce an initial co-precipitate by performing precipitation of the precursor material at a target ratio of Ni:Mn:Co, which can then be filtered and washed to obtain a battery precursor material with sufficient performance. After the initial co-precipitate is formed, the environment in which the at least two metals are present can be adjusted to minimize or improve oxidation of the at least two metals, or to maximize oxidation of the at least two metals. Such control may include controlling the atmosphere surrounding the at least two metals or co-precipitates, or the initial or final co-precipitate. Controlling the atmosphere may include controlling the oxygen concentration or any gas phase in the atmosphere, the pressure or any gas phase of the atmosphere.

수산화물 형태의 적합한 공-침전 음극 활성 물질(전구 물질)의 경우, 공-침전물 중 니켈, 망간 및/또는 코발트의 양은 건조한 고체 기준으로 물질의 바람직하게는 약 60% 이상이어야 한다고 생각되어 왔다. 나머지 약 40%는 산화물, 수산화물 또는 탄산염일 수 있다. 이 60%의 물질에서 SO4 2-, F- 및 Cl-(그러나 위에서 언급한 산화물, 수산화물 또는 탄산염은 제외)와 같은 음이온 종에 대한 불순물 한계는 일반적으로 3000-4000 ppm; 알칼리 및 알칼리 토금속(리튬 제외)(또는 알칼리 토금속)의 경우 300 ppm; 금속 및 준금속의 경우 50 ppm으로 지정된다. 따라서 음이온(특히 수산화물, 산화물 및 탄산염 제외)은 약 200:1의 NMC 대 불순물의 몰비(또는 질량비)를 가질 수 있다. 300 ppm에서 Ca 및 Mg(또는 Ca, Mg, Na 및 K)는 고체 중 약 2000:1의 NMC 대 불순물 몰비(또는 질량비), 예를 들어 50 ppm에서 Fe는 약 12,000:1의 NMC 대 불순물 몰비(또는 질량비)를 제공한다.For suitable co-precipitate cathode active materials (precursors) in hydroxide form, it has been believed that the amount of nickel, manganese and/or cobalt in the co-precipitate should preferably be at least about 60% of the material on a dry solid basis. The remaining approximately 40% may be oxides, hydroxides or carbonates. In this 60% of the material, impurity limits for anionic species such as SO 4 2- , F - and Cl - (but excluding the oxides, hydroxides or carbonates mentioned above) are typically 3000-4000 ppm; 300 ppm for alkali and alkaline earth metals (except lithium) (or alkaline earth metals); For metals and metalloids, it is specified as 50 ppm. Therefore, anions (especially excluding hydroxides, oxides and carbonates) may have a molar ratio (or mass ratio) of NMC to impurity of about 200:1. At 300 ppm, Ca and Mg (or Ca, Mg, Na, and K) have an NMC to impurity molar ratio (or mass ratio) of about 2000:1 in the solid, for example, at 50 ppm Fe has an NMC to impurity molar ratio of about 12,000:1. (or mass ratio) is provided.

수성 공급 용액 중 니켈, 망간 및/또는 코발트의 총량은 적어도 1g/L, 또는 적어도 5g/L, 또는 적어도 8g/L, 또는 적어도 10g/L, 또는 적어도 15g/L, 또는 적어도 20g/L, 또는 적어도 30g/L, 또는 적어도 50g/L, 또는 적어도 70g/L, 또는 적어도 90g/L, 또는 적어도 120g/L, 또는 적어도 150g/L, 또는 적어도 200g/L일 수 있다.The total amount of nickel, manganese and/or cobalt in the aqueous feed solution is at least 1 g/L, or at least 5 g/L, or at least 8 g/L, or at least 10 g/L, or at least 15 g/L, or at least 20 g/L, or It can be at least 30 g/L, or at least 50 g/L, or at least 70 g/L, or at least 90 g/L, or at least 120 g/L, or at least 150 g/L, or at least 200 g/L.

한 구현양태에서 공-침전물 중 적어도 2개의 금속의 양은 수성 공급 용액 중 적어도 2개의 금속의 100% 미만이 되도록 제어된다. 한 구현양태에서, 공-침전물 중 적어도 2개의 금속의 양은 수성 공급 용액에 있는 적어도 2개 금속의 99% 미만, 95% 미만, 90% 미만, 80% 미만, 또는 70% 미만, 또는 50% 미만 또는 20% 미만으로 제어된다. 수성 공급 용액 중 양에 대한 공-침전물 중의 니켈, 망간 및 코발트의 양은 상이한 백분율일 수도 있고 동일할 수도 있다.In one implementation, the amount of at least two metals in the co-precipitate is controlled to be less than 100% of the at least two metals in the aqueous feed solution. In one embodiment, the amount of at least two metals in the co-precipitate is less than 99%, less than 95%, less than 90%, less than 80%, or less than 70%, or less than 50% of the at least two metals in the aqueous feed solution. Or controlled to less than 20%. The amounts of nickel, manganese and cobalt in the co-precipitate relative to the amounts in the aqueous feed solution may be different percentages or may be the same.

한 구현양태에서, 단계 (ii)의 상청액은 1 mg/L 미만, 1 mg/L 초과, 또는 5, 10, 100, 200, 500 또는 1000 mg/L 초과의 Ni, Co 또는 Mn를 포함한다.In one embodiment, the supernatant of step (ii) comprises less than 1 mg/L, more than 1 mg/L, or more than 5, 10, 100, 200, 500 or 1000 mg/L of Ni, Co or Mn.

한 구현양태에서, 수성 공급 용액 중 알칼리 금속(예를 들어, Na, Li, K)(또는 적어도 하나의 알칼리 금속)의 농도는 100,000 ppm 이하, 또는 80,000 ppm 이하, 또는 60,000 ppm 이하, 또는 50,000 ppm 이하, 또는 40,000 ppm 이하, 또는 30,000 ppm 이하, 또는 20,000 ppm 이하, 또는 15,000 ppm 이하, 또는 10,000 ppm 이하, 또는 7,000 ppm 이하, 또는 5,000 ppm 이하, 또는 4,000 ppm 이하, 또는 3,000 ppm 이하, 또는 2,500 ppm 이하, 또는 2,000 ppm 이하이다. 다른 구현양태에서, 수성 공급 용액 중 적어도 2개의 금속 대 알칼리 금속 불순물(또는 적어도 1개의 알칼리 금속 불순물)의 몰비는 약 1:50 초과, 또는 약 1:10 초과, 또는 약 1:5 초과, 또는 약 1:1 초과, 또는 약 5:1 초과, 또는 약 10:1 초과, 또는 약 20:1 초과, 또는 약 50:1 초과, 또는 약 80:1, 또는 약 100:1 초과, 또는 약 120:1 초과, 또는 약 150:1 초과, 또는 약 180:1 초과 또는 약 200:1 초과 일 수 있다. 다른 구현양태에서, 수성 공급 용액 중 적어도 2개의 금속 대 알칼리 금속 불순물(또는 적어도 1개의 알칼리 금속 불순물)의 몰비는 약 1:1 미만, 또는 약 5:1 미만, 또는 약 10:1 미만, 또는 약 20:1 미만, 또는 약 50:1 미만, 또는 약 80:1 미만, 또는 약 100:1 미만, 또는 약 120:1 미만, 또는 약 150:1, 또는 약 180:1 미만 또는 약 200:1 미만일 수 있다. 다른 구현양태에서, 수성 공급 용액 중 적어도 2개의 금속 대 알칼리 금속 불순물(또는 적어도 1개의 알칼리 금속 불순물)의 몰비는 약 1:10 내지 23,000:1, 또는 약 1:10 내지 100,000,000:1 또는 약 1:10 내지 300,000,000:1일 수 있다. 다른 구현양태에서, 수성 공급 용액 중 적어도 2개의 금속 대 알칼리 금속 불순물(또는 적어도 1개의 알칼리 금속 불순물)의 몰비는 약 1:50 내지 23,000:1, 또는 약 1:50 내지 100,000,000:1 또는 약 1:50 내지 300,000,000:1일 수 있다. 한 구현양태에서, 알칼리 금속 불순물은 침전제로부터 유래되지 않는다.In one implementation, the concentration of an alkali metal (e.g., Na, Li, K) (or at least one alkali metal) in the aqueous feed solution is 100,000 ppm or less, or 80,000 ppm or less, or 60,000 ppm or less, or 50,000 ppm. or less than or equal to 40,000 ppm, or less than or equal to 30,000 ppm, or less than or equal to 20,000 ppm, or less than or equal to 15,000 ppm, or less than or equal to 10,000 ppm, or less than or equal to 7,000 ppm, or less than or equal to 5,000 ppm, or less than or equal to 4,000 ppm, or less than or equal to 3,000 ppm, or less than or equal to 2,500 ppm. or less, or 2,000 ppm or less. In other embodiments, the molar ratio of at least two metals to an alkali metal impurity (or at least one alkali metal impurity) in the aqueous feed solution is greater than about 1:50, or greater than about 1:10, or greater than about 1:5, or greater than about 1:1, or greater than about 5:1, or greater than about 10:1, or greater than about 20:1, or greater than about 50:1, or greater than about 80:1, or greater than about 100:1, or greater than about 120 :1, or greater than about 150:1, or greater than about 180:1, or greater than about 200:1. In other embodiments, the molar ratio of at least two metals to an alkali metal impurity (or at least one alkali metal impurity) in the aqueous feed solution is less than about 1:1, or less than about 5:1, or less than about 10:1, or Less than about 20:1, or less than about 50:1, or less than about 80:1, or less than about 100:1, or less than about 120:1, or less than about 150:1, or less than about 180:1, or less than about 200: It may be less than 1. In another embodiment, the molar ratio of at least two metals to an alkali metal impurity (or at least one alkali metal impurity) in the aqueous feed solution is from about 1:10 to 23,000:1, or from about 1:10 to 100,000,000:1, or about 1. :10 to 300,000,000:1. In another embodiment, the molar ratio of at least two metals to an alkali metal impurity (or at least one alkali metal impurity) in the aqueous feed solution is from about 1:50 to 23,000:1, or from about 1:50 to 100,000,000:1, or about 1. :50 to 300,000,000:1. In one implementation, the alkali metal impurities do not originate from the precipitant.

한 구현양태에서 공-침전을 초래하는 수성 공급 용액에 존재하는 알칼리 금속의 백분율은 100% 미만, 또는 99% 미만, 또는 90% 미만, 또는 50% 미만, 또는 20% 미만 또는 1% 미만이다.In one embodiment, the percentage of alkali metal present in the aqueous feed solution that results in co-precipitation is less than 100%, or less than 99%, or less than 90%, or less than 50%, or less than 20%, or less than 1%.

다른 구현양태에서, 공-침전물은 건조 고체 중 알칼리 금속을 10 ppm 미만, 또는 250 ppm 미만, 또는 500 ppm 미만, 또는 1000 ppm 미만, 또는 2000 ppm 미만, 또는 5000 ppm 미만 또는 20000 ppm 미만을 포함한다.In other embodiments, the co-precipitate comprises less than 10 ppm, or less than 250 ppm, or less than 500 ppm, or less than 1000 ppm, or less than 2000 ppm, or less than 5000 ppm, or less than 20000 ppm of alkali metal in the dry solid. .

한 구현양태에서, 수성 공급 용액 중 음이온종 불순물(예컨대 F- 및 Cl-, 그러나 특히 위에서 언급한 산화물, 수산화물, 황산염 또는 탄산염은 제외)(또는 적어도 하나의 음이온종 불순물)의 농도는 100,000 ppm 이하, 또는 80,000 ppm 이하, 또는 60,000 ppm 이하, 또는 50,000 ppm 이하, 또는 40,000 ppm 이하, 또는 30,000 ppm 이하, 또는 20,000 ppm 이하, 또는 10,000 ppm 이하, 또는 5,000 ppm 이하, 또는 4,000 ppm 이하, 특히 3,000 ppm 이하, 또는 2,500 ppm 이하, 또는 2,000 ppm이다. 다른 구현양태에서, 수성 공급 용액 중 적어도 2개의 금속 대 음이온종 불순물(또는 적어도 하나의 음이온종 불순물)의 몰비는 약 1:10 초과, 또는 약 1:5 초과, 또는 약 1:1 초과, 또는 약 5:1 초과, 또는 약 10:1 초과, 또는 약 20:1 초과, 또는 약 50:1 초과 또는 약 80:1 초과, 또는 약 100:1 초과, 또는 약 120:1 초과, 또는 약 150:1 초과, 또는 약 180:1 초과 또는 약 200:1 초과일 수 있다. 다른 구현양태에서, 수성 공급 용액 중 적어도 2개의 금속 대 음이온종 불순물(또는 적어도 하나의 음이온종 불순물)의 몰비는 약 5:1 미만, 또는 약 10:1 미만, 또는 약 20:1 미만, 또는 약 50:1 미만, 또는 약 80:1 미만, 또는 약 100:1 미만, 또는 약 120:1 미만, 또는 약 150:1 미만, 또는 약 180:1 또는 약 200:1 미만일 수 있다.In one embodiment, the concentration of anionic impurities (such as F - and Cl - , but specifically excluding the oxides, hydroxides, sulfates or carbonates mentioned above) (or at least one anionic species impurity) in the aqueous feed solution is less than or equal to 100,000 ppm. , or 80,000 ppm or less, or 60,000 ppm or less, or 50,000 ppm or less, or 40,000 ppm or less, or 30,000 ppm or less, or 20,000 ppm or less, or 10,000 ppm or less, or 5,000 ppm or less, or 4,000 ppm or less, especially 3,000 ppm or less. , or 2,500 ppm or less, or 2,000 ppm. In other embodiments, the molar ratio of at least two metals to an anionic species impurity (or at least one anionic species impurity) in the aqueous feed solution is greater than about 1:10, or greater than about 1:5, or greater than about 1:1, or greater than about 5:1, or greater than about 10:1, or greater than about 20:1, or greater than about 50:1, or greater than about 80:1, or greater than about 100:1, or greater than about 120:1, or greater than about 150 :1, or greater than about 180:1, or greater than about 200:1. In other embodiments, the molar ratio of at least two metals to an anionic species impurity (or at least one anionic species impurity) in the aqueous feed solution is less than about 5:1, or less than about 10:1, or less than about 20:1, or It may be less than about 50:1, or less than about 80:1, or less than about 100:1, or less than about 120:1, or less than about 150:1, or less than about 180:1, or less than about 200:1.

한 구현양태에서 공-침전을 초래하는 수성 공급 용액에 존재하는 음이온 종의 백분율은 100% 미만, 또는 99% 미만, 또는 90% 미만, 또는 50% 미만, 또는 20% 미만 또는 1% 미만이다.In one embodiment, the percentage of anionic species present in the aqueous feed solution that results in co-precipitation is less than 100%, or less than 99%, or less than 90%, or less than 50%, or less than 20%, or less than 1%.

다른 구현양태에서, 공-침전물은 건조 고체 중 음이온(수산화물, 산화물, 탄산염 또는 중탄산염 음이온 제외)을 10 ppm 미만, 또는 250 ppm 미만, 또는 500 ppm 미만, 또는 1000 ppm 미만, 또는 2000 ppm 미만, 또는 5000 ppm 미만, 또는 20000 ppm 미만을 포함한다.In other embodiments, the co-precipitate contains less than 10 ppm, or less than 250 ppm, or less than 500 ppm, or less than 1000 ppm, or less than 2000 ppm, or Includes less than 5000 ppm, or less than 20000 ppm.

이론에 얽매이기를 바라지 않고, 본 발명자들은 액체 동반 및 원자 치환과 같은 현상으로 인해 일부 음이온(특히 F-, PO4 3- Cl-, SO4 2- 및 NO3 -)이 물리적 분리를 수행한 후, 공-침전물 또는 상층액에 존재할 수 있고 믿는다. 본 발명자들은 이러한 음이온성 불순물이 명시된 방법을 사용하여 크게 제어될 수 있다는 것을 유리하게 발견하였다. 이러한 음이온은 공-침전물을 세척하거나 재슬러리화하거나 세척 또는 재슬러리 용액과 반응시켜 필요한 정도까지 제거할 수 있다.Without wishing to be bound by theory, the present inventors believe that due to phenomena such as liquid entrainment and atomic substitution, some anions (particularly F - , PO 4 3- Cl - , SO 4 2 - and NO 3 - ) after performing physical separation. , it is believed that it may be present in the co-precipitate or supernatant. The inventors have advantageously discovered that these anionic impurities can be greatly controlled using the specified method. These anions can be removed to the required extent by washing or re-slurrying the co-precipitate or reacting with the washing or re-slurry solution.

다른 구현양태에서, 수성 공급 용액 중 알칼리 토금속 불순물(예를 들어, Ca 및 Mg)(또는 적어도 하나의 알칼리 토금속 불순물)의 농도는 900,000 ppm 미만, 또는 700,000 ppm 미만, 또는 500,000 ppm 미만, 또는 200,000 ppm 미만, 또는 100,000 ppm 미만, 또는 50,000 ppm 미만, 또는 40,000 ppm 미만, 또는 30,000 ppm 미만, 또는 20,000 ppm 미만, 또는 10,000 ppm 미만, 또는 5,000 미만, 또는 1,000 ppm 미만, 또는 800 ppm 미만, 또는 600 ppm 미만, 또는 500 ppm 미만, 또는 400 ppm 미만, 또는 300 ppm 미만, 또는 250 ppm 미만, 또는 200 ppm 미만, 또는 150 ppm 미만, 또는 100 ppm 미만, 또는 50 ppm 미만, 또는 20 ppm 미만, 또는 10 ppm 미만, 또는 5 ppm 미만, 또는 1 ppm 미만, 또는 100 ppb 미만, 또는 10 ppb 미만이다. 추가 구현양태에서, 수성 공급 용액 중 알칼리 토금속 불순물(예컨대 Ca 및 Mg)(또는 적어도 하나의 알칼리 토금속 불순물)의 농도는 900,000 ppm 초과, 또는 700,000 ppm 초과, 또는 500,000 ppm 초과 또는 200,000 ppm 초과, 또는 100,000 ppm 초과, 또는 50,000 ppm 초과, 또는 40,000 ppm 초과, 또는 30,000 ppm 초과, 또는 20,000 ppm 초과, 또는 10,000 ppm 초과, 또는 5,000 ppm 초과, 또는 1,000 ppm 초과, 또는 800 ppm 초과, 또는 600 ppm 초과, 또는 500 ppm 초과, 또는 400 ppm 초과, 또는 300 ppm 초과, 또는 250 ppm 초과, 또는 200 ppm 초과, 또는 150 ppm 초과, 또는 100 ppm 초과, 또는 50 ppm 초과, 또는 20 ppm 초과, 또는 10 ppm 초과, 또는 5 ppm 초과, 또는 1 ppm 초과, 또는 100 ppb 초과, 또는 10 ppb 초과이다. 추가 구현양태에서, 수성 공급 용액 중 적어도 2개의 금속 대 알칼리 토금속 불순물(또는 적어도 1개의 알칼리 토금속 불순물)의 몰비는 약 1:50 초과, 또는 약 1:20 초과 또는 약 1:10 초과, 또는 약 1:1 초과, 또는 약 10:1 초과, 또는 약 50:1 초과, 또는 약 100:1 초과, 또는 약 200:1 초과, 또는 500:1, 또는 약 1000:1 초과, 또는 약 1500:1 초과, 또는 약 2000:1 초과, 또는 약 5,000:1 초과 또는 약 10,000:1 초과이다. 한 구현양태에서, 수성 공급 용액 중 적어도 2개의 금속 대 알칼리 토금속 불순물(또는 적어도 1개의 알칼리 토금속 불순물)의 몰비는 약 300,000,000:1 내지 약 1:10; 또는 약 1:10 초과, 또는 1:1 초과이다. 한 구현양태에서, 수성 공급 용액 중 적어도 2개의 금속 대 알칼리 토금속 불순물(또는 적어도 1개의 알칼리 토금속 불순물)의 몰비는 1:50 미만, 또는 1:20 미만, 또는 1:10 미만, 또는 1:5 미만 또는 1:1 미만, 또는 약 5:1 미만, 또는 약 10:1 미만, 또는 약 20:1 미만, 또는 약 50:1 미만, 또는 약 80:1 미만, 또는 약 100:1 미만, 또는 약 120:1 미만, 또는 약 150:1 미만, 또는 약 180:1 미만, 또는 약 200:1 미만, 또는 약 500:1 미만, 또는 약 1000:1 미만, 또는 약 2000:1 미만, 또는 약 5000:1 미만, 또는 약 10,000:1 미만이다. 한 구현양태에서, 수성 공급 용액 중 적어도 2개의 금속:알칼리 토금속의 비율(중량 기준)은 10,000:1 미만이다. 한 구현양태에서, 수성 공급 용액 중 적어도 2개 금속:칼슘의 비율(중량 기준)은 10,000:1 미만이다. 추가 구현양태에서, 수성 공급 용액 중 적어도 2개의 금속:마그네슘의 비율(중량 기준)은 10,000:1 미만이다. 한 구현양태에서, 수성 공급 용액 중 적어도 2개의 금속:니켈, 코발트, 망간 및 알칼리 토금속 및/또는 알칼리 금속 이외의 금속의 비율(중량 기준)은 6,000:1 미만이다.In other embodiments, the concentration of alkaline earth metal impurities (e.g., Ca and Mg) (or at least one alkaline earth metal impurity) in the aqueous feed solution is less than 900,000 ppm, or less than 700,000 ppm, or less than 500,000 ppm, or 200,000 ppm. less than, or less than 100,000 ppm, or less than 50,000 ppm, or less than 40,000 ppm, or less than 30,000 ppm, or less than 20,000 ppm, or less than 10,000 ppm, or less than 5,000, or less than 1,000 ppm, or less than 800 ppm, or less than 600 ppm , or less than 500 ppm, or less than 400 ppm, or less than 300 ppm, or less than 250 ppm, or less than 200 ppm, or less than 150 ppm, or less than 100 ppm, or less than 50 ppm, or less than 20 ppm, or less than 10 ppm. , or less than 5 ppm, or less than 1 ppm, or less than 100 ppb, or less than 10 ppb. In a further embodiment, the concentration of alkaline earth metal impurities (such as Ca and Mg) (or at least one alkaline earth metal impurity) in the aqueous feed solution is greater than 900,000 ppm, or greater than 700,000 ppm, or greater than 500,000 ppm, or greater than 200,000 ppm, or greater than 100,000 ppm. greater than 50,000 ppm, or greater than 40,000 ppm, or greater than 30,000 ppm, or greater than 20,000 ppm, or greater than 10,000 ppm, or greater than 5,000 ppm, or greater than 1,000 ppm, or greater than 800 ppm, or greater than 600 ppm, or greater than 500 ppm greater than 400 ppm, or greater than 300 ppm, or greater than 250 ppm, or greater than 200 ppm, or greater than 150 ppm, or greater than 100 ppm, or greater than 50 ppm, or greater than 20 ppm, or greater than 10 ppm, or 5 greater than ppm, or greater than 1 ppm, or greater than 100 ppb, or greater than 10 ppb. In a further embodiment, the molar ratio of at least two metals to alkaline earth metal impurities (or at least one alkaline earth metal impurity) in the aqueous feed solution is greater than about 1:50, or greater than about 1:20, or greater than about 1:10, or about greater than 1:1, or greater than about 10:1, or greater than about 50:1, or greater than about 100:1, or greater than about 200:1, or greater than 500:1, or greater than about 1000:1, or greater than about 1500:1. greater than, or greater than about 2000:1, or greater than about 5,000:1, or greater than about 10,000:1. In one implementation, the molar ratio of at least two metals to alkaline earth metal impurities (or at least one alkaline earth metal impurity) in the aqueous feed solution is from about 300,000,000:1 to about 1:10; or greater than about 1:10, or greater than 1:1. In one embodiment, the molar ratio of at least two metals to alkaline earth metal impurities (or at least one alkaline earth metal impurity) in the aqueous feed solution is less than 1:50, or less than 1:20, or less than 1:10, or 1:5. or less than 1:1, or less than about 5:1, or less than about 10:1, or less than about 20:1, or less than about 50:1, or less than about 80:1, or less than about 100:1, or Less than about 120:1, or less than about 150:1, or less than about 180:1, or less than about 200:1, or less than about 500:1, or less than about 1000:1, or less than about 2000:1, or about Less than 5000:1, or less than about 10,000:1. In one embodiment, the ratio (by weight) of at least two metals:alkaline earth metals in the aqueous feed solution is less than 10,000:1. In one embodiment, the ratio (by weight) of at least two metals:calcium in the aqueous feed solution is less than 10,000:1. In a further embodiment, the ratio (by weight) of at least two metals:magnesium in the aqueous feed solution is less than 10,000:1. In one implementation, the ratio (by weight) of at least two metals in the aqueous feed solution: metals other than nickel, cobalt, manganese and alkaline earth metals and/or alkali metals is less than 6,000:1.

한 구현양태에서 공-침전으로 보고되는 수성 공급 용액에 존재하는 알칼리 토금속 종의 백분율은 100% 미만, 또는 99% 미만, 또는 90% 미만, 또는 70% 미만, 또는 50% 미만, 또는 10% 미만 또는 1% 미만, 또는 0.5% 미만 또는 0.1% 미만이다.In one embodiment, the percentage of alkaline earth metal species present in the aqueous feed solution that is reported as co-precipitate is less than 100%, or less than 99%, or less than 90%, or less than 70%, or less than 50%, or less than 10%. or less than 1%, or less than 0.5%, or less than 0.1%.

다른 구현양태에서, 공-침전물은 건조 고체 중 알칼리 토금속을 10 ppm 미만, 또는 250 ppm 미만, 또는 500 ppm 미만, 또는 1000 ppm 미만 또는 2000 ppm 미만 또는 5000 ppm 미만, 또는 10000 ppm 미만을 포함한다.In other implementations, the co-precipitate comprises less than 10 ppm, or less than 250 ppm, or less than 500 ppm, or less than 1000 ppm, or less than 2000 ppm, or less than 5000 ppm, or less than 10000 ppm of alkaline earth metals in the dry solids.

추가 구현양태에서, 수성 공급 용액 중의 금속 및 준금속 불순물(또는 적어도 하나의 금속 또는 준금속 불순물)의 농도는 250 ppm 미만, 특히 50 ppm 미만이다. 추가 구현양태에서, 수성 공급 용액 중 금속 및 준금속 불순물(또는 적어도 하나의 금속 또는 준금속 불순물)의 농도는 1 ppb 초과, 특히 100 ppb 초과, 또는 1 mg/L 초과, 또는 5 mg/L, 또는 10 mg/L 초과, 또는 20 mg/L 초과 또는 50 mg/L 초과이다. 예시적인 금속 및 준금속 불순물은 특히 철, 알루미늄, 구리, 아연, 카드뮴, 크롬, 규소, 납, 지르코늄, 스칸듐 및 티타늄으로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다. 한 구현양태에서, 적어도 2개의 금속 대 금속 및 준금속 불순물(또는 적어도 1개의 금속 또는 준금속 불순물)의 몰비는 50:1 미만, 또는 100:1 미만, 또는 500:1 미만, 또는 1,000:1 미만, 또는 5,000:1 미만, 또는 10,000:1 미만, 또는 20,000:1 미만, 또는 40,000:1 미만, 또는 60,000:1 미만, 또는 80,000:1 미만, 또는 100,000:1 미만 또는 500,000:1 미만이다. 한 구현양태에서, 적어도 2개의 금속 대 Fe 불순물의 몰비는 약 300,000,000:1 내지 약 10,000:1; 또는 약 10,000:1 초과, 또는 12,000:1 초과이다. 한 구현양태에서, 적어도 2개의 금속 대 Fe 불순물의 몰비는 10,000:1 미만, 또는 20,000:1 미만, 또는 100,000:1 미만, 또는 500,000:1 미만, 또는 1,000,000:1 미만이다. 한 구현양태에서, 적어도 2개의 금속 대 Al 불순물의 몰비는 약 300,000,000:1 내지 약 10,000:1; 또는 약 10,000:1 초과, 또는 12,000:1 초과이다. 한 구현양태에서, 적어도 2개의 금속 대 Al 불순물의 몰비는 10,000:1 미만, 또는 20,000:1 미만 또는 100,000:1 미만이다.In a further embodiment, the concentration of metal and metalloid impurities (or at least one metal or metalloid impurity) in the aqueous feed solution is less than 250 ppm, especially less than 50 ppm. In a further embodiment, the concentration of metal and metalloid impurities (or at least one metal or metalloid impurity) in the aqueous feed solution is greater than 1 ppb, especially greater than 100 ppb, or greater than 1 mg/L, or greater than 5 mg/L, or greater than 10 mg/L, or greater than 20 mg/L, or greater than 50 mg/L. Exemplary metal and metalloid impurities may be selected from the group consisting of iron, aluminum, copper, zinc, cadmium, chromium, silicon, lead, zirconium, scandium and titanium, among others. In one implementation, the molar ratio of at least two metals to metal and metalloid impurities (or at least one metal or metalloid impurity) is less than 50:1, or less than 100:1, or less than 500:1, or 1,000:1. less than, or less than 5,000:1, or less than 10,000:1, or less than 20,000:1, or less than 40,000:1, or less than 60,000:1, or less than 80,000:1, or less than 100,000:1, or less than 500,000:1. In one implementation, the molar ratio of the at least two metals to Fe impurities is from about 300,000,000:1 to about 10,000:1; or greater than about 10,000:1, or greater than 12,000:1. In one implementation, the molar ratio of the at least two metal to Fe impurities is less than 10,000:1, or less than 20,000:1, or less than 100,000:1, or less than 500,000:1, or less than 1,000,000:1. In one implementation, the molar ratio of the at least two metals to Al impurities is from about 300,000,000:1 to about 10,000:1; or greater than about 10,000:1, or greater than 12,000:1. In one implementation, the molar ratio of the at least two metals to Al impurities is less than 10,000:1, or less than 20,000:1, or less than 100,000:1.

한 구현양태에서, 수성 공급 용액 중 적어도 2개의 금속:철의 비율(중량 기준)은 16,000:1 미만이다. 한 구현양태에서, 수성 공급 용액 중 적어도 2개의 금속:구리의 비율(중량 기준)은 6,000:1 미만이다. 한 구현양태에서, 수성 공급 용액 중 적어도 2개의 금속:알루미늄의 비율(중량 기준)은 10,000:1 미만이다. 한 구현양태에서, 수성 공급 용액 중 적어도 2개의 금속:니오븀의 비율(중량 기준)은 500,000:1 미만이다. 한 구현양태에서, 수성 공급 용액 중 적어도 2개의 금속:텅스텐의 비율(중량 기준)은 500,000:1 미만이다. 한 구현양태에서, 수성 공급 용액 중 적어도 2개의 금속:지르코늄의 비율(중량 기준)은 500,000:1 미만이다.In one implementation, the ratio (by weight) of metal:iron in the aqueous feed solution is less than 16,000:1. In one implementation, the ratio (by weight) of at least two metals:copper in the aqueous feed solution is less than 6,000:1. In one implementation, the ratio (by weight) of at least two metals:aluminum in the aqueous feed solution is less than 10,000:1. In one implementation, the ratio (by weight) of at least two metals:niobium in the aqueous feed solution is less than 500,000:1. In one implementation, the ratio (by weight) of the at least two metals:tungsten in the aqueous feed solution is less than 500,000:1. In one implementation, the ratio (by weight) of at least two metals:zirconium in the aqueous feed solution is less than 500,000:1.

한 구현양태에서 공-침전을 초래하는 수성 공급 용액에 존재하는 금속 및 반금속 종의 백분율은 90% 미만, 또는 10% 미만 또는 1% 미만이다.In one embodiment the percentage of metal and metalloid species present in the aqueous feed solution that results in co-precipitation is less than 90%, or less than 10%, or less than 1%.

또 다른 구현양태에서, 공-침전물은 건조 고체에서 금속 및 준금속 종을 10 ppm 미만, 또는 250 ppm 미만, 또는 500 ppm 미만, 또는 1000 ppm 미만 또는 2000 ppm 미만, 또는 5000 ppm 미만, 또는 10,000 ppm 미만을 포함한다.In another embodiment, the co-precipitate contains less than 10 ppm, or less than 250 ppm, or less than 500 ppm, or less than 1000 ppm, or less than 2000 ppm, or less than 5000 ppm, or less than 10,000 ppm of metal and metalloid species in the dry solid. Includes less than

그러나 발명자들은 위의 사양이 어떤 경우에는 다소 임의적일 수 있다는 것을 발견했다. 예를 들어 최종 공-침전물에 Ca과 Mg가 500 또는 1000 ppm까지는 배터리 물질 성능에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 보인다. 따라서 이러한 원소에는 더 낮은 비율이 허용될 수 있다. 적어도 2개 금속: Ca의 최대 1000:1의 칼슘 수준은 부정적인 영향 없이 공-침전물에 존재할 수 있는 것으로 간주된다.However, the inventors have found that the above specifications can be somewhat arbitrary in some cases. For example, up to 500 or 1000 ppm of Ca and Mg in the final co-precipitate do not seem to have a significant effect on battery material performance. Therefore, lower proportions may be acceptable for these elements. It is considered that calcium levels of up to 1000:1 of at least two metals: Ca can be present in the co-precipitate without negative effects.

본원의 다른 곳에서 설명된 바와 같이, 본 발명의 방법을 사용하여 최종 공-침전물을 생성할 때, 이들 원소 중 다수의 침전을 크게 방지하는 것이 가능한 반면, 다른 원소의 경우 어느 정도의 공-침전은 상대적으로 피하기 어렵다. 그러나 후자의 경우, 불순물의 공-침전이 최종 공-침전물의 성능에 거의 영향을 미치지 않거나, 배터리 물질로 사용 시 최종 공-침전물의 허용가능한 성능을 제공할 수 있다.As explained elsewhere herein, when producing the final co-precipitate using the method of the present invention, it is possible to largely avoid precipitation of many of these elements, while for other elements there may be some degree of co-precipitate. is relatively difficult to avoid. However, in the latter case, co-precipitation of impurities may have little effect on the performance of the final co-precipitate or may provide acceptable performance of the final co-precipitate when used as a battery material.

예로서 Mg를 사용하면, 100%, 100% 근처, 100% 미만, 50% 미만, 실질적으로 10% 미만까지 Mg 공-침전을 달성하는 것이 가능했다. 용액으로부터 1% Mg 침전과 Ni, Co 및 Mn의 침전을 가정한다면, 공급 용액 중 적어도 2개 금속:Mg의 비율이 10:1이면 공-침전에서 적어도 2개 금속: Mg의 비율이 1000:1이 달성될 수 있다.Using Mg as an example, it was possible to achieve Mg co-precipitation of 100%, near 100%, less than 100%, less than 50%, substantially less than 10%. Assuming 1% precipitation of Mg from solution and precipitation of Ni, Co, and Mn, if the ratio of at least two metals:Mg in the feed solution is 10:1, then the ratio of at least two metals:Mg in the feed solution is 1000:1. This can be achieved.

본 발명자들은 훨씬 적은 Mg 공-침전이 가능하다는 것을 발견했으며 두 금속:Mg를 1:17로 함유하는 공급 용액이 허용가능한 공-침전을 생성하는 데 실행가능하다는 것을 입증했다. 따라서, 적어도 2개 금속:Mg가 1:10 또는 심지어 1:50까지 포함된 공급 용액은 원하는 Mg 비율에서 허용가능한 공-침전물을 제공할 수 있다. 적어도 2개의 금속: Mg가 최대 1:1 또는 심지어 1:10 비율로 포함된 공급 용액도 허용가능한 공-침전물을 제공할 수 있다. Ca에 대해서도 유사한 비율이 달성될 가능성이 높다.We have discovered that much smaller Mg co-precipitation is possible and have demonstrated that a feed solution containing 1:17 of both metals:Mg is feasible to produce acceptable co-precipitation. Accordingly, feed solutions containing at least two metals:Mg at 1:10 or even 1:50 may provide acceptable co-precipitates at the desired Mg ratio. Feed solutions containing at least two metals: Mg in ratios of up to 1:1 or even 1:10 may provide acceptable co-precipitates. Similar ratios are likely to be achieved for Ca.

Fe와 같은 다른 원소의 경우, 공-침전은 100%, 100% 근처거나 100% 미만일 수 있다. Fe의 100% 공-침전과 적어도 2개의 금속의 100% 침전에서 적어도 2개의의 금속:Fe의 초기 공-침전 비율인 12,000:1(이는 최종 공-침전물의 목표농도 50 ppm과 거의 동일하다)을 달성하기 위해, 용액에서 12000:1의 적어도 2개의 금속:Fe의 비율이 상한선이 될 것이다. 이 경우, 방법은 공-침전물을 생성하기 위해 이 수성 공급 용액을 처리하는 것을 여전히 허용할 수 있다. 그러나 Fe가 100% 미만으로 공-침전되는 경우, 수성 공급 용액 중 적어도 2개의 금속:Fe의 비율은 12,000:1 미만이 될 수 있으며, 공-침전물에서 50 ppm 미만의 Fe가 달성될 수 있다. 50 ppm 이상의 Fe 또는 기타 원소가 배터리 물질 성능에 큰 영향을 주지 않으면서 최종 공-침전물에 허용될 수도 있다.For other elements, such as Fe, co-precipitation may be 100%, near 100%, or less than 100%. 100% co-precipitation of Fe and 100% precipitation of at least two metals with an initial co-precipitation ratio of at least two metals:Fe of 12,000:1 (which is approximately equivalent to the target concentration of 50 ppm for the final co-precipitate) To achieve this, a ratio of at least two metals:Fe in solution of 12000:1 would be the upper limit. In this case, the method may still allow for treating this aqueous feed solution to produce a co-precipitate. However, if less than 100% Fe is co-precipitated, the ratio of Fe to at least two metals in the aqueous feed solution can be less than 12,000:1, and less than 50 ppm Fe in the co-precipitate can be achieved. More than 50 ppm of Fe or other elements may be tolerated in the final co-precipitate without significantly affecting battery material performance.

반대로, 불순물이 없는 공급 용액이 쉽게 이용가능하거나 본 발명에 사용될 가능성은 거의 없다. 존재하는 각 불순물 또는 결합된 불순물의 실제 최소값은 약 2 ppb, 약 3, 5, 10, 50, 100, 200 또는 500 ppb, 또는 약 1, 2, 5, 10, 50, 100, 200, 500, 1000, 2000, 5000 또는 10000 ppm일 수 있다. Conversely, it is unlikely that a feed solution free of impurities is readily available or could be used in the present invention. The practical minimum value of each impurity or combined impurities present is about 2 ppb, about 3, 5, 10, 50, 100, 200 or 500 ppb, or about 1, 2, 5, 10, 50, 100, 200, 500, It may be 1000, 2000, 5000 or 10000 ppm.

한 구현양태에서, 공-침전물 중 적어도 2개의 금속에 대한 적어도 하나의 불순물의 양은 수성 공급 용액 중 적어도 2개의 금속에 대한 적어도 하나의 불순물의 양보다 적다. 한 구현양태에서, 공-침전물은 수성 공급 용액 중 적어도 하나의 불순물을 100% 미만, 특히 수성 공급 용액 중의 적어도 하나의 불순물의 90%, 또는 80%, 또는 70%, 또는 60%, 또는 50%, 또는 40%, 또는 30% 또는 또는 20% 또는 10%를 포함한다. 한 구현양태에서, 공-침전물은 수성 공급 용액 중 알칼리 금속 및 음이온의 100% 미만, 특히 수성 공급 용액 중 알칼리 금속 및 음이온의 90%, 또는 80%, 또는 70%, 또는 60%, 또는 50%, 또는 40%, 또는 30% 또는 20% 또는 10%를 포함한다. 한 구현양태에서, 공-침전물은 수성 공급 용액 중 알칼리 토금속의 100% 미만, 특히 수성 공급 용액 중 알칼리 토금속의 90% 미만, 또는 80%, 또는 70%, 또는 60%, 또는 50%, 또는 40%, 또는 30% 또는 20% 또는 10% 미만을 포함한다. 한 구현양태에서, 공-침전물은 수성 공급 용액 중의 알칼리 금속 및 이온 종을 100% 미만으로 포함하고; 상청액은 수성 공급 용액 중 적어도 0.1%의 알칼리 토금속, 100% 미만의 알칼리 금속 및 이온 종 및 100% 미만의 수성 공급 용액 중 알칼리 금속 및 알칼리 토금속 이외의 금속을 포함한다.In one implementation, the amount of the at least one impurity for the at least two metals in the co-precipitate is less than the amount of the at least one impurity for the at least two metals in the aqueous feed solution. In one embodiment, the co-precipitate contains less than 100% of the at least one impurity in the aqueous feed solution, particularly 90%, or 80%, or 70%, or 60%, or 50% of the at least one impurity in the aqueous feed solution. , or 40%, or 30%, or 20%, or 10%. In one embodiment, the co-precipitate contains less than 100% of the alkali metal and anion in the aqueous feed solution, particularly 90%, or 80%, or 70%, or 60%, or 50% of the alkali metal and anion in the aqueous feed solution. , or 40%, or 30%, or 20%, or 10%. In one embodiment, the co-precipitate contains less than 100% of the alkaline earth metals in the aqueous feed solution, especially less than 90%, or 80%, or 70%, or 60%, or 50%, or 40% of the alkaline earth metals in the aqueous feed solution. %, or 30% or 20% or less than 10%. In one implementation, the co-precipitate comprises less than 100% of the alkali metal and ionic species in the aqueous feed solution; The supernatant comprises at least 0.1% of alkaline earth metals, less than 100% of alkali metals and ionic species in the aqueous feed solution, and less than 100% of metals other than the alkali and alkaline earth metals in the aqueous feed solution.

한 구현양태에서, 니켈, 코발트 및/또는 망간의 적어도 1% 및 최대 100%는 불순한 공급원(니켈, 코발트 및/또는 망간의 비율:불순물의 비는 0.01:1 미만, 0.1:1 미만, 1:1 미만, 10:1 미만, 100:1 미만, 500:1 미만, 1000:1 미만, 5000:1 미만, 10,000 미만: 1, 50,000:1 미만, 200,00:1 미만 또는 500,000:1 미만이다)으로부터 유래된다.In one embodiment, at least 1% and up to 100% of the nickel, cobalt and/or manganese are from impure sources (the ratio of nickel, cobalt and/or manganese:impurities is less than 0.01:1, less than 0.1:1, 1:1). Less than 1, less than 10:1, less than 100:1, less than 500:1, less than 1000:1, less than 5000:1, less than 10,000: less than 1, less than 50,000:1, less than 200,00:1 or less than 500,000:1 ) is derived from.

본 발명자들은 불순한 용액을 처리함으로써 최종 생성물에서 유익한 불순물의 수준을 제어할 수 있다는 것을 유리하게 발견했다. 선행 기술 공정에서, 그러한 유익한 불순물(Mg 또는 Al과 같은)은 도펀트로서 별도로 첨가될 수 있다. 본 발명의 방법을 사용하면 허용가능한 공-침전물을 계속 생성하면서 이러한 비용을 피할 수 있다. 이는 방법에 사용되는 다양한 공급 물질을 허용한다. 이는 또한 도펀트로 사용될 수 있는 불순물, 예를 들어 알루미늄 및 마그네슘을 함유하는 일부 특정 공급 물질의 경우에도 특히 중요하거나; 또는 재활용 배터리 공급 물질이 사용되는 경우 이러한 재활용 물질은 도펀트로도 사용될 수 있는 불순물을 함유할 수 있으며, 설명된 방법을 사용하면 해당 공급 물질에 존재하는 이러한 불순물이 원하는 농도로 상청액 및 공-침전물에 보고되는 방식으로 제어될 수 있다. 이들 모든 경우에, 바람직한 도펀트 원소의 상당 부분은 적어도 하나의 금속 및 적어도 하나의 불순물을 포함하는 공급 물질로부터 유래될 수 있다.The inventors have advantageously discovered that by treating the impure solution, the level of beneficial impurities can be controlled in the final product. In prior art processes, such beneficial impurities (such as Mg or Al) can be added separately as dopants. Using the method of the present invention, these costs can be avoided while still producing acceptable co-precipitates. This allows for a variety of feed materials to be used in the method. This is also particularly important for some specific feed materials containing impurities, such as aluminum and magnesium, which can also be used as dopants; Alternatively, if recycled battery feed materials are used, these recycled materials may contain impurities that can also be used as dopants, and the method described allows these impurities present in the feed materials to be absorbed into the supernatant and co-precipitate at the desired concentrations. The way it is reported can be controlled. In all of these cases, a significant portion of the desired dopant elements may originate from a feed material comprising at least one metal and at least one impurity.

이전에 논의된 바와 같이, 전형적인 이전 공정은 고도로 정제된 개별 니켈, 코발트 및 망간 황산염 공급 물질을 특정 비율 및 순도로 용액에 용해시킨 후 해당 용액에서 공-침전을 수행하는 것이었다. 그러한 공정에서, 그러한 염 공급 물질은 예를 들어 5 ppm 이하의 불순물을 가질 수 있다. NMC 물질 제조 시 황산니켈 육수화물 염을 사용하는 데 필요한 사양의 두 가지 예가 아래 표에 제시되어 있다. NMC 물질 생산을 위한 이들 염의 매우 낮은 허용가능한 불순물 농도를 고려하면, NMC 침전에 사용되는 용액은 두 번째 표에 표시된 대로 동등하게 낮은 NMC:불순물 비율을 갖게 된다. 매우 낮은 불순물 농도로 공급 물질을 정제하는 비용을 피하는 것은 본 발명의 주요 이점인데, 이는 본 발명이 NMC 생산 이전에 용액으로부터 불순물을 제거하기 위해 값비싼 단계를 수행할 필요 없이 더 많은 불순물을 함유한 물질로부터 NMC 물질을 생산할 수 있기 때문이다.As previously discussed, a typical previous process involved dissolving highly purified individual nickel, cobalt and manganese sulfate feed materials into a solution at specific ratios and purities and then performing co-precipitation from that solution. In such processes, such salt feed material may have impurities of, for example, 5 ppm or less. Two examples of specifications required to use nickel sulfate hexahydrate salt in the manufacture of NMC materials are provided in the table below. Considering the very low allowable impurity concentrations of these salts for NMC material production, the solution used for NMC precipitation will have an equally low NMC:impurity ratio as shown in the second table. Avoiding the cost of purifying the feed material to very low impurity concentrations is a major advantage of the present invention, as it allows the production of NMCs containing more impurities without the need to perform expensive steps to remove impurities from the solution. This is because NMC materials can be produced from materials.

일부 선행 기술 문서에서, NMC 공-침전을 위한 용액을 제조하는 데 사용되는 공급 물질은 NMC 유사 물질 또는 Ni, Co 및 Mn 원소 중 적어도 하나를 함유할 뿐만 아니라 일부 불순물 원소를 함유할 수 있는 배터리 음극으로 이전에 사용되었거나 사용되었을 수 있었던 물질이다. 그러한 경우, 공급 물질에 불순물이 존재할 수 있는 경우가 거의 없거나, 공급 물질에 존재하는 불순물은 물질이 표준 고도로 정제된 공급 물질과 동등할 정도로 낮은 농도에 있다. 그러한 경우, 공-침전은 비-선택적 조건 하에서 이루어질 수 있다.In some prior art documents, the feed material used to prepare the solution for NMC co-precipitation is a battery cathode that contains NMC-like materials or at least one of the elements Ni, Co and Mn, as well as may contain some impurity elements. A substance that has been or could have been used previously. In such cases, very few impurities may be present in the feed material, or the impurities present in the feed material are at such low concentrations that the material is equivalent to a standard highly purified feed material. In such cases, co-precipitation can occur under non-selective conditions.

방법에 사용하기 위한 공급 물질(또는 단계 A의 공급 혼합물)은 재활용 물질, 광석 생성물, 중간 광석 생성물, 및/또는 불순물을 포함하는 NMC 염을 포함할 수 있다.The feed material (or feed mixture of Step A) for use in the process may include recycled material, ore products, intermediate ore products, and/or NMC salts containing impurities.

재활용 물질에는 사용한 리튬-이온 배터리(블랙 매스) 및 니켈, 코발트 및/또는 망간을 포함하는 사용된 촉매가 포함될 수 있지만 이에 제한되지는 않는다. 재활용된 물질은 Co/Mn/Ni 중 적어도 하나와 적어도 하나의 불순물을 포함할 수 있다. 많은 선행 기술 공정은 블랙 매스에 대해 다음과 같은 불순물의 존재를 고려하지 못한다: Zn, Cr, W, P, Ti, S, Pb, K, Mo, Nb, Ba, Cd, V, Rb, Y, Zr, Pt, Sb, Sc, Si 및/또는 Sn. 이러한 불순물은 본 출원의 방법에 의해 형성된 공-침전물로부터 실질적으로 또는 완전히 제거될 수 있다. 경우에 따라 일부 재활용 물질에는 오염으로 인해 일부 불순물 원소가 존재하거나 초기 리튬이온 배터리 조성의 변화로 인해 존재하기도 한다.Recycled materials may include, but are not limited to, used lithium-ion batteries (black mass) and used catalysts containing nickel, cobalt and/or manganese. The recycled material may contain at least one of Co/Mn/Ni and at least one impurity. Many prior art processes fail to take into account the presence of the following impurities in the black mass: Zn, Cr, W, P, Ti, S, Pb, K, Mo, Nb, Ba, Cd, V, Rb, Y, Zr, Pt, Sb, Sc, Si and/or Sn. These impurities can be substantially or completely removed from the co-precipitate formed by the method of the present application. In some cases, some recycled materials may contain some impurity elements due to contamination or changes in the initial lithium-ion battery composition.

니켈, 코발트 및 망간 중 하나 이상을 포함하는 광석 및 광석 중간 생성물을 침출하여 공-침전에 적합한 수성 공급 용액을 만들 수 있다. 이러한 공급물은 본질적으로 불순물을 함유할 수 있으며, 라테라이트 및 황화물(및 이의 부유 농축물)뿐만 아니라 MHP 및 MSP와 같은 더 가공된 공급물을 포함할 수 있다. 본 발명자들의 지식에 따르면, 이러한 광석 및 광석 중간 생성물에 존재하는 농도와 유형의 불순물을 포함하는 이러한 공급 물질로부터 공-침전물의 생성은 선행 기술에서 고려되지 않았다.Ore and ore intermediates containing one or more of nickel, cobalt and manganese can be leached to create an aqueous feed solution suitable for co-precipitation. These feeds may inherently contain impurities and may include laterites and sulfides (and their suspended concentrates) as well as more processed feeds such as MHP and MSP. To the knowledge of the inventors, the creation of co-precipitates from these feed materials containing impurities of the types and concentrations present in these ores and ore intermediate products has not been contemplated in the prior art.

불순물을 포함하는 NMC 염은, 예를 들어 순수한 Co 및 Mn 염과 적어도 하나의 불순물을 함유하는 Ni 염의 조합, 또는 순수 염과 불순 염의 다른 조합일 수 있다.NMC salts containing impurities may be, for example, a combination of pure Co and Mn salts with Ni salts containing at least one impurity, or other combinations of pure salts and impurity salts.

한 구현양태에서, 단계 (ii)는 더 낮은 pH에서 공-침전을 수행하는 단계, 염기 투여 방법을 변경하는 단계, 염기의 유형을 변경하는 단계, 침전제를 첨가하는 단계 또는 수성 공급 용액 중 적어도 2개의 금속의 농도를 조정하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 단계는 공-침전의 선택성을 제어하는 데 도움이 될 수 있다. 예를 들어, 탄산염 염기(예를 들어, 탄산나트륨)는 안정한 CaCO3의 형성으로 인해 고농도의 Ca를 포함하는 수성 공급 용액에 덜 적합할 수 있다. 이 경우 수산화물 염기가 선택성을 향상시킬 수 있다. 염기 투여 방법은 연속, 반-연속, 반-배치 또는 배치 투여, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 본 발명의 방법은 또한 공-침전물의 물리적 특성을 제어하는데 도움을 줄 수 있다. 이러한 물리적 특성은 입자 크기, 벌크 밀도, 탭 밀도, 형태, 형상 및 결정성을 포함할 수 있다.In one embodiment, step (ii) comprises at least two of performing the co-precipitation at a lower pH, changing the method of base administration, changing the type of base, adding a precipitant, or an aqueous feed solution. It may include the step of adjusting the concentration of the metal. These steps can help control the selectivity of co-precipitation. For example, carbonate bases (eg, sodium carbonate) may be less suitable for aqueous feed solutions containing high concentrations of Ca due to the formation of stable CaCO 3 . In this case, a hydroxide base can improve selectivity. Methods of base administration may include continuous, semi-continuous, semi-batch or batch administration, or combinations thereof. The method of the present invention can also help control the physical properties of the co-precipitate. These physical properties may include particle size, bulk density, tapped density, shape, shape, and crystallinity.

한 구현양태에서, 공-침전 단계(단계 (ii))는 침전제를 공급 용액에 첨가하는 것을 포함할 수 있다. 침전제는 산화제, 염기 또는 유기 음이온 화합물일 수 있다. 산화제 및 환원제는 본 명세서의 다른 부분에서 정의된 바와 같을 수 있다. 유기 음이온 화합물은 옥살레이트를 포함할 수 있다. 침전제는 적어도 2개의 금속에 대해 화학량론적 양(예를 들어 적어도 1, 1.5, 2, 2.5 또는 3 당량의 침전제)으로 첨가될 수 있다. 침전제는 적어도 2개의 금속에 대해 화학량론 미만의 양(예를 들어 1, 0.9, 0.8, 0.7 또는 0.6 당량 미만의 침전제)으로 첨가될 수 있다. 화학량론적 양 이하의 침전제를 사용하면 공급 용액으로부터 적어도 2개의 금속이 100% 미만으로 회수될 수 있다.In one implementation, the co-precipitation step (step (ii)) may include adding a precipitant to the feed solution. Precipitating agents may be oxidizing agents, bases or organic anionic compounds. Oxidizing and reducing agents may be as defined elsewhere herein. Organic anionic compounds may include oxalates. The precipitant may be added in a stoichiometric amount relative to the at least two metals (e.g., at least 1, 1.5, 2, 2.5 or 3 equivalents of precipitant). The precipitant may be added in a substoichiometric amount (e.g., less than 1, 0.9, 0.8, 0.7 or 0.6 equivalents of precipitant) for the at least two metals. Using substoichiometric amounts of precipitant can result in less than 100% recovery of at least two metals from the feed solution.

공-침전 단계(단계 (ii)) 후에, 방법은 리튬과 혼합하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 이는 하소를 포함할 수 있다. 이러한 단계를 통해 음극 활성 물질(CAM)이 생산될 수 있다.After the co-precipitation step (step (ii)), the method may further comprise mixing with lithium. This may include calcination. Through these steps, cathode active material (CAM) can be produced.

단계 (ii) 이전에 고체 내 이들 원소의 특정 비율을 조정하거나 달성하고 공-침전 단계 동안 불순물 원소에 비해 이들 원소의 선택성을 더 높이기 위해, Mn, Co 및 Ni 중 하나 이상의 산화를 일으키기 위해 공급 용액에 산화제를 첨가하여(기체 형태의 산화제를 제어하거나 첨가하는 것을 포함할 수 있다) 산화를 제어하는 것도 가능하다.feed solution to effect oxidation of one or more of Mn, Co and Ni, in order to adjust or achieve a certain ratio of these elements in the solid prior to step (ii) and to further increase the selectivity of these elements over the impurity elements during the co-precipitation step. It is also possible to control oxidation by adding an oxidizing agent (which may include controlling or adding an oxidizing agent in gaseous form).

공-침전물이 일단 형성되면, 이를 분리하기 위해 임의의 적합한 수단으로 분리할 수 있다. 여기에는 침강, 원심분리, 여과, 경사분리 및 이들의 조합이 포함된다. 방법은 공-침전물을 분리하기 위해 경사분리 및/또는 여과를 포함할 수 있다. 분리된 공-침전물은 이후 세척될 수 있다. 불필요한 불순물을 제거하기 위해 적절한 세척제로 세척할 수 있다. 적합한 세척은 알칼리성, 물, 산성 또는 암모니아 세척이다. 알칼리성 세척의 pH는 약 9 초과, 또는 약 10, 11 또는 12 초과일 수 있다.Once the co-precipitate is formed, it can be separated by any suitable means to separate it. This includes sedimentation, centrifugation, filtration, decantation and combinations thereof. The method may include decanting and/or filtration to separate the co-sedimentate. The separated co-precipitate can then be washed. It can be cleaned with an appropriate cleaning agent to remove unnecessary impurities. Suitable washes are alkaline, water, acid or ammonia washes. The pH of the alkaline wash may be greater than about 9, or greater than about 10, 11, or 12.

임의로 세척 후 공-침전물에 리튬이 보충될 수 있다. 따라서, 상기 방법은 공-침전물에 리튬을 첨가하는 것을 포함할 수 있다. 리튬은, 예를 들어 수산화리튬 또는 탄산리튬의 형태일 수 있다. 이는 공-침전물을 리튬과 물리적으로 혼합하는 형태를 취할 수 있다. 리튬은 약 1:1보다 큰 Ni, Co 및 Mn의 합에 대한 몰비로 첨가될 수 있다.Optionally, after washing, the co-precipitate may be supplemented with lithium. Accordingly, the method may include adding lithium to the co-precipitate. Lithium may be in the form of lithium hydroxide or lithium carbonate, for example. This may take the form of physically mixing the co-precipitate with lithium. Lithium may be added in a molar ratio to the sum of Ni, Co and Mn greater than about 1:1.

공-침전물은 건조될 수 있다. 이는 임의의 적합한 온도, 약 80 내지 약 150℃, 또는 약 80 내지 100, 100 내지 150, 100 내지 130, 130 내지 150 또는 90 내지 120℃, 예를 들어 약 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140 또는 150℃에서 건조될 수 있다. 이는 지정된 온도에서 공-침전물을 통해 공기 또는 기타 기체를 통과시켜 수행될 수 있거나, 공-침전물이 해당 온도에서 휴지되도록 하는 것을 포함할 수 있다. 건조 시간은 중량 기준으로 약 10% 미만, 또는 약 5, 2, 1, 0.5, 0.2 또는 0.1% 미만의 수분 수준을 달성하기에 충분할 수 있다. 이는 적어도 약 5시간, 또는 적어도 약 6, 7, 8, 9 또는 10시간, 또는 약 5 내지 약 20시간, 또는 약 5 내지 15, 5 내지 10, 10 내지 15, 15 내지 20시간 또는 7 내지 12시간, 예를 들어 약 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 또는 15시간일 수 있다.The co-precipitate can be dried. This may be any suitable temperature, from about 80 to about 150° C., or from about 80 to 100, 100 to 150, 100 to 130, 130 to 150 or 90 to 120° C., for example about 80, 90, 100, 110, 120, It can be dried at 130, 140 or 150°C. This may be accomplished by passing air or other gas through the co-precipitate at a specified temperature, or may involve allowing the co-precipitate to rest at that temperature. Drying time may be sufficient to achieve moisture levels of less than about 10%, or less than about 5, 2, 1, 0.5, 0.2 or 0.1% by weight. This means at least about 5 hours, or at least about 6, 7, 8, 9 or 10 hours, or about 5 to about 20 hours, or about 5 to 15, 5 to 10, 10 to 15, 15 to 20 hours, or 7 to 12 hours. It may be an hour, for example about 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 or 15 hours.

한 구현양태에서, 제1 측면의 방법의 단계 (i) 및 (ii)가 반복될 수 있다. 즉, 방법은 다음을 포함할 수 있다:In one implementation, steps (i) and (ii) of the method of the first aspect may be repeated. That is, the method may include:

(i) 상기 적어도 하나의 금속(또는 적어도 2개의 금속)과 적어도 하나의 불순물을 포함하는 수성 공급 용액을 제공하는 단계; 그리고(i) providing an aqueous feed solution comprising the at least one metal (or at least two metals) and at least one impurity; and

(ii) 공급 용액의 pH를 약 6.2 내지 약 11, 임의로 약 6.2 내지 약 10 또는 약 6.2 내지 약 9.2로 조정하여, (a) 상기 적어도 하나의 금속(또는 적어도 2개의 금속)을 포함하는 공-침전물; 및 (b) 상기 적어도 하나의 불순물을 포함하는 상청액을 제공하는 단계;(ii) adjusting the pH of the feed solution to about 6.2 to about 11, optionally about 6.2 to about 10, or about 6.2 to about 9.2, to (a) a ball comprising said at least one metal (or at least two metals) - precipitate; and (b) providing a supernatant containing the at least one impurity;

(iii) 상청액으로부터 공-침전물을 분리하는 단계;(iii) separating the co-precipitate from the supernatant;

(iv) 공-침전물을 용액에 용해시켜 적어도 하나의 금속(또는 적어도 2개의 금속)이 적어도 부분적으로 용해된 용액을 제공하는 단계; 그리고(iv) dissolving the co-precipitate in solution to provide a solution in which at least one metal (or at least two metals) is at least partially dissolved; and

(v) 단계 (iv)의 용액의 pH를 약 6.2 내지 약 11, 임의로 약 6.2 내지 약 10 또는 약 6.2 내지 약 9.2로 조정하여, (a) 상기 적어도 하나의 금속(또는 적어도 2개의 금속)을 포함하는 공-침전물; 및 (b) 상기 적어도 하나의 불순물을 포함하는 상청액을 제공하는 단계.(v) adjusting the pH of the solution of step (iv) to about 6.2 to about 11, optionally about 6.2 to about 10, or about 6.2 to about 9.2, so that (a) said at least one metal (or at least two metals) co-precipitates comprising; and (b) providing a supernatant containing the at least one impurity.

한 구현양태에서, 단계 (iv)는 공-침전물을 산성 용액에 용해시키는 것을 포함할 수 있다. 단계(v)의 특징은 단계(ii)에 대해 위에서 설명한 것과 같을 수 있다. 이 방법은 유리하게는 불순물의 분리를 더 쉽게 할 수 있다. 예를 들어, 단계 (v)에서 용액의 pH는 단계 (ii)에서 용액의 pH보다 높을 수 있다.In one implementation, step (iv) may include dissolving the co-precipitate in an acidic solution. The characteristics of step (v) may be the same as described above for step (ii). This method advantageously allows easier separation of impurities. For example, the pH of the solution in step (v) may be higher than the pH of the solution in step (ii).

한 구현양태에서, 방법은 공-침전물을 사용하여 리튬이온 배터리를 생산하는 단계를 추가로 포함한다.In one implementation, the method further includes producing a lithium ion battery using the co-precipitate.

본 발명의 제2 측면에 따르면, 니켈, 코발트 및 망간으로부터 선택된 적어도 하나의 금속을 포함하는 침전물을 생성하는 방법이 제공되며, 이 방법은According to a second aspect of the invention, a method is provided for producing a precipitate comprising at least one metal selected from nickel, cobalt and manganese, the method comprising:

(i) 상기 적어도 하나의 금속을 포함하는 수성 공급 용액을 제공하는 단계; 그리고(i) providing an aqueous feed solution comprising the at least one metal; and

(ii) 공급 용액의 pH를 약 6.2 내지 약 11, 임의로 약 6.2 내지 약 10 또는 약 6.2 내지 약 9.2로 조정하여 공급 용액으로부터 상기 적어도 하나의 금속을 침전시키는 단계를 포함한다.(ii) precipitating said at least one metal from the feed solution by adjusting the pH of the feed solution to about 6.2 to about 11, optionally about 6.2 to about 10, or about 6.2 to about 9.2.

수성 공급물은 적어도 하나의 불순물을 포함할 수 있다. 따라서, 공급 용액의 pH를 조정하는 단계는 상기 적어도 하나의 불순물을 포함하는 상청액을 제공할 수 있다. 따라서, 제2 측면의 한 구현양태에서 침전물을 생성하는 방법이 제공되며, 여기서 침전물은 니켈, 코발트 및 망간으로부터 선택되는 적어도 하나의 금속을 포함하며, 이 방법은:The aqueous feed may contain at least one impurity. Accordingly, adjusting the pH of the feed solution may provide a supernatant containing the at least one impurity. Accordingly, in one implementation of the second aspect there is provided a method of producing a precipitate, wherein the precipitate comprises at least one metal selected from nickel, cobalt and manganese, the method comprising:

(i) 상기 적어도 하나의 금속과 적어도 하나의 불순물을 포함하는 수성 공급 용액을 제공하는 단계; 그리고(i) providing an aqueous feed solution comprising the at least one metal and at least one impurity; and

(ii) 공급 용액의 pH를 약 6.2 내지 약 11, 임의로 약 6.2 내지 약 10 또는 약 6.2 내지 약 9.2로 조정하여, (a) 상기 적어도 하나의 금속을 포함하는 침전물; 및 (b) 상기 적어도 하나의 불순물을 포함하는 상청액을 제공하는 단계를 포함한다.(ii) adjusting the pH of the feed solution to about 6.2 to about 11, optionally about 6.2 to about 10, or about 6.2 to about 9.2, thereby producing (a) a precipitate comprising said at least one metal; and (b) providing a supernatant containing the at least one impurity.

제2 측면의 특징은 제1 측면에 대해 위에서 설명한 것과 같을 수 있다. 문맥상 허용되는 경우, 제1 측면에서 "적어도 2개의 금속"에 대한 언급은 제2 측면에서 "적어도 하나의 금속"에 대한 언급일 수 있다. 유사하게, 문맥이 허용하는 경우, 제1 측면에서 "공-침전물"에 대한 언급은 제2 측면에서 "침전물"에 대한 언급일 수 있다.The features of the second side may be the same as those described above for the first side. Where the context permits, a reference to “at least two metals” in a first aspect may be a reference to “at least one metal” in a second aspect. Similarly, where the context permits, a reference to “co-precipitate” in a first aspect may be a reference to “precipitate” in a second aspect.

제3 측면에서, 니켈, 코발트 및 망간으로부터 선택된 적어도 2개의 금속을 포함하는 공-침전물(또는 침전물)이 제공되며, 상기 공-침전물(또는 침전물)은 제1 또는 제2 측면의 방법에 의해 생성된다. In a third aspect, there is provided a co-precipitate (or precipitate) comprising at least two metals selected from nickel, cobalt and manganese, the co-precipitate (or precipitate) produced by the method of the first or second aspect. do.

본 발명은 리튬이온 배터리를 생산하기 위한 전구체 물질로 사용하기에 적합한 니켈, 망간 및/또는 코발트를 포함하는 공-침전물의 형성에 관한 것이다. 일정 수준의 불순물을 함유하는 Ni, Co 및/또는 Mn 함유 물질의 혼합물은, 예를 들어 본 출원에 설명된 공정을 사용하여 적어도 부분적으로 선택적으로 용해될 수 있다. 생성된 용액은, 필요한 경우 일부 불순물을 제거하기 위해 처리될 수 있으며 필요한 Ni:Mn:Co 비율을 달성하기 위해 충분한 양의 하나 이상의 다른 Ni 및/또는 Co 및/또는 Mn 함유 용액과 혼합될 수 있다. 그런 다음 남은 불순물이 있는 경우 해당 용액에서 공-침전물이 선택적으로 형성되어 여과, 세척 및 세정된 생성물이 불순물에 대해 적절하게 순수하고 추가 가공처리 후에 배터리 물질로서 충분한 성능을 얻을 수 있도록 적절한 특성을 갖는다.The present invention relates to the formation of co-precipitates comprising nickel, manganese and/or cobalt suitable for use as precursor materials for producing lithium ion batteries. Mixtures of Ni, Co and/or Mn containing materials containing some level of impurities can be selectively dissolved, at least partially, using, for example, the processes described in this application. The resulting solution may be treated, if necessary, to remove some impurities and mixed with a sufficient amount of one or more other Ni and/or Co and/or Mn containing solutions to achieve the required Ni:Mn:Co ratio. . Co-precipitates are then selectively formed in the solution, if any remaining impurities are present, so that the filtered, washed and cleaned product is suitably pure with respect to impurities and has the appropriate properties to achieve sufficient performance as a battery material after further processing. .

한 구현양태에서, 공-침전물은 약 1000 ppm 미만의 철, 또는 500 ppm 미만의 철, 또는 200 ppm 미만의 철, 또는 100 ppm 미만의 철, 또는 50 ppm 미만의 철, 또는 약 40 ppm 철, 또는 약 20 ppm 미만 철, 또는 약 10 ppm 미만 철, 또는 약 5 ppm 미만 철, 또는 약 2.5 ppm 미만 철, 또는 약 1 ppm 미만 철을 갖거나 포함한다. 다른 구현양태에서, 공-침전물은 50,000 ppm 미만, 또는 20,000 ppm 미만, 10,000 ppm 미만, 5,000 ppm 미만, 2,000 ppm 미만, 1,000 ppm 미만, 500 ppm 미만, 100 ppm 미만, 50 ppm 미만, 20 ppm 미만, 10 ppm 미만 또는 5 ppm 미만의 마그네슘을 포함한다. 다른 구현양태에서, 공-침전물은 50,000 ppm 미만, 또는 20,000 ppm 미만, 10,000 ppm 미만, 5,000 ppm 미만, 2,000 ppm 미만, 1,000 ppm 미만, 500 ppm 미만, 100 ppm 미만, 50 ppm 미만, 20 ppm 미만, 10 ppm 미만 또는 5 ppm 미만의 칼슘을 포함한다. 다른 구현양태에서, 공-침전물은 50,000 ppm 미만, 또는 20,000 ppm 미만, 10,000 ppm 미만, 5,000 ppm 미만, 2,000 ppm 미만, 1,000 ppm 미만, 500 ppm 미만, 100 ppm 미만, 50 ppm 미만, 20 ppm 미만, 10 ppm 미만 또는 5 ppm 미만의 알칼리 토금속을 포함한다. 다른 구현양태에서, 공-침전물은 2,000 ppm 미만, 1,500 ppm 미만, 1,000 ppm 미만, 500 ppm 미만, 200 ppm 미만, 100 ppm 미만, 50 ppm 미만, 20 ppm 미만, 10 ppm 미만 또는 5 ppm 미만의 알칼리 금속을 포함한다. 다른 구현양태에서, 공-침전물은 2,000 ppm 미만, 1,500 ppm 미만, 1,000 ppm 미만, 500 ppm 미만, 200 ppm 미만, 100 ppm 미만, 50 ppm 미만, 20 ppm 미만, 10 ppm 미만 또는 5 ppm 미만의 알칼리 및 알칼리 토금속 이외의 금속을 포함한다. 다른 구현양태에서, 공-침전물은 2,000 ppm 미만, 1,500 ppm 미만, 1,000 ppm 미만, 500 ppm 미만, 200 ppm 미만, 100 ppm 미만, 50 ppm 미만, 20 ppm 미만, 10 ppm 미만 또는 5 ppm 미만의 준금속을 포함한다. 다른 구현양태에서, 공-침전물은 10,000 ppm 미만, 5,000 ppm 미만, 3,000 ppm 미만, 2,000 ppm 미만, 1,500 ppm 미만, 1,000 ppm 미만, 500 ppm 미만, 200 ppm 미만, 100 ppm 미만, 50 ppm 미만, 20 ppm 미만, 10 ppm 미만 또는 5 ppm 미만의 수산화물 또는 탄산염 이외의 음이온 종을 포함한다.In one embodiment, the co-precipitate contains less than about 1000 ppm iron, or less than 500 ppm iron, or less than 200 ppm iron, or less than 100 ppm iron, or less than 50 ppm iron, or about 40 ppm iron, or less than about 20 ppm iron, or less than about 10 ppm iron, or less than about 5 ppm iron, or less than about 2.5 ppm iron, or less than about 1 ppm iron. In other embodiments, the co-precipitate has less than 50,000 ppm, or less than 20,000 ppm, less than 10,000 ppm, less than 5,000 ppm, less than 2,000 ppm, less than 1,000 ppm, less than 500 ppm, less than 100 ppm, less than 50 ppm, less than 20 ppm, Contains less than 10 ppm or less than 5 ppm magnesium. In other embodiments, the co-precipitate has less than 50,000 ppm, or less than 20,000 ppm, less than 10,000 ppm, less than 5,000 ppm, less than 2,000 ppm, less than 1,000 ppm, less than 500 ppm, less than 100 ppm, less than 50 ppm, less than 20 ppm, Contains less than 10 ppm or less than 5 ppm calcium. In other embodiments, the co-precipitate has less than 50,000 ppm, or less than 20,000 ppm, less than 10,000 ppm, less than 5,000 ppm, less than 2,000 ppm, less than 1,000 ppm, less than 500 ppm, less than 100 ppm, less than 50 ppm, less than 20 ppm, Contains less than 10 ppm or less than 5 ppm of alkaline earth metals. In other embodiments, the co-precipitate has less than 2,000 ppm, less than 1,500 ppm, less than 1,000 ppm, less than 500 ppm, less than 200 ppm, less than 100 ppm, less than 50 ppm, less than 20 ppm, less than 10 ppm, or less than 5 ppm alkali. Contains metal. In other embodiments, the co-precipitate has less than 2,000 ppm, less than 1,500 ppm, less than 1,000 ppm, less than 500 ppm, less than 200 ppm, less than 100 ppm, less than 50 ppm, less than 20 ppm, less than 10 ppm, or less than 5 ppm alkali. and metals other than alkaline earth metals. In other embodiments, the co-precipitate has a concentration of less than 2,000 ppm, less than 1,500 ppm, less than 1,000 ppm, less than 500 ppm, less than 200 ppm, less than 100 ppm, less than 50 ppm, less than 20 ppm, less than 10 ppm, or less than 5 ppm. Contains metal. In other embodiments, the co-precipitate has less than 10,000 ppm, less than 5,000 ppm, less than 3,000 ppm, less than 2,000 ppm, less than 1,500 ppm, less than 1,000 ppm, less than 500 ppm, less than 200 ppm, less than 100 ppm, less than 50 ppm, 20 Contains less than 10 ppm, less than 10 ppm, or less than 5 ppm of anionic species other than hydroxide or carbonate.

제4 측면에서, 본 발명은 리튬이온 배터리를 제조하기 위한 제3 측면의 공-침전물의 용도를 제공한다.In a fourth aspect, the invention provides use of the co-precipitate of the third aspect for producing lithium-ion batteries.

본 발명의 제3 및 제4 측면의 특징은 본 발명의 제1 측면에 대해 설명된 것과 같을 수 있다. The features of the third and fourth aspects of the invention may be the same as those described for the first aspect of the invention.

본 발명의 제5 측면에 따르면, 니켈, 코발트 및 망간으로부터 선택된 적어도 2개의 금속을 포함하는 침출수를 생성하는 방법이 제공되며, 이 방법은 다음 단계를 포함한다:According to a fifth aspect of the invention, there is provided a method for producing leachate comprising at least two metals selected from nickel, cobalt and manganese, the method comprising the following steps:

A. 적어도 2개의 금속을 포함하는 공급 혼합물을 제공하는 단계, 상기 공급 혼합물은 산화된 공급물, 환원된 공급물 또는 비산화된 공급물 중 하나이며, 여기서: A. Providing a feed mixture comprising at least two metals, the feed mixture being one of an oxidized feed, a reduced feed, or a non-oxidized feed, wherein:

산화된 공급물은 2 미만의 산화 상태에서보다 2 초과의 산화 상태에서 적어도 2개의 금속을 더 많이 갖고; The oxidized feed has more of at least two metals in an oxidation state greater than 2 than in an oxidation state less than 2;

환원된 공급물은 2 초과 산화 상태에서보다 2 미만 산화 상태에서 적어도 2개의 금속을 더 많이 갖거나, 2의 산화 상태에서 적어도 2개의 금속을 실질적으로 모두 갖고 황화물 형태의 적어도 2개의 금속 중 적어도 일부를 갖고; 그리고 The reduced feed has more of the at least two metals in the less than 2 oxidation state than in the greater than 2 oxidation state, or has substantially all of the at least two metals in the 2 oxidation state and at least some of the at least two metals in sulfide form. have; and

비산화된 공급물은 2의 산화 상태의 적어도 2개의 금속을 실질적으로 모두 갖고 황화물 형태의 적어도 2개의 금속은 실질적으로 전혀 갖지 않으며; The unoxidized feed has substantially all of the at least two metals in the oxidation state of 2 and substantially none of the at least two metals in the sulfide form;

B. 공급 혼합물을 수용액으로 처리하여 상기 적어도 2개의 금속을 포함하는 침출수를 형성하는 단계, 여기서 수용액의 pH는 침출수의 pH가 약 -1 내지 약 7(또는 약 -1 내지 약 6, 또는 약 1 내지 약 7, 또는 약 1 내지 약 6이)이 되도록 하고 및 여기서: B. Treating the feed mixture with an aqueous solution to form a leachate comprising said at least two metals, wherein the pH of the aqueous solution is such that the pH of the leachate is from about -1 to about 7 (or about -1 to about 6, or about 1 to about 7, or about 1 to about 6, and where:

공급 혼합물이 산화된 공급물인 경우, 처리는 환원제를 포함하는 시약을 첨가하는 것을 추가로 포함하고; 그리고 If the feed mixture is an oxidized feed, the treatment further comprises adding a reagent comprising a reducing agent; and

공급 혼합물이 환원된 공급물인 경우, 처리는 산화제를 포함하는 시약을 첨가하는 것을 추가로 포함하고; If the feed mixture is a reduced feed, the treatment further comprises adding a reagent comprising an oxidizing agent;

이로써 침출수는 2의 산화 상태인 적어도 2개의 금속을 포함한다.The leachate thus contains at least two metals in an oxidation state of 2.

본 발명의 제5 측면의 특징은 본 발명의 제1 또는 제2 측면에 대해 설명된 것과 같을 수 있다.The features of the fifth aspect of the invention may be the same as those described for the first or second aspects of the invention.

본 발명의 제6 측면에 따르면, 니켈, 코발트 및 망간으로부터 선택된 2개의 금속을 포함하는 침출수를 생성하는 방법이 제공되며, 이 방법은 침출수의 pH가 약 1 내지 약 7(또는 약 1 내지 약 6)인 pH에서 적어도 2개의 금속을 포함하는 혼합물을 수용액과 접촉시켜, 용액에 상기 적어도 2개의 금속을 포함하는 침출수를 제공하는 것을 포함하며; 공급 혼합물 중 적어도 상기 2개의 금속 중 적어도 일부는 2의 산화 상태를 갖는다.According to a sixth aspect of the invention, there is provided a method of producing leachate comprising two metals selected from nickel, cobalt and manganese, wherein the leachate has a pH of about 1 to about 7 (or about 1 to about 6). ), contacting a mixture comprising at least two metals with an aqueous solution at a pH of ) to provide a leachate comprising the at least two metals in solution; At least some of the two metals in the feed mixture have an oxidation state of 2.

제6 측면의 방법은 혼합물을 환원제로 처리하는 단계를 포함할 수 있다. 한 구현양태에서, 니켈, 코발트 및/또는 망간의 적어도 일부는 산화된 상태일 수 있고, 처리는 산화된 니켈, 코발트 및/또는 망간의 적어도 일부를 환원시킬 수 있다. 이 구현양태는 본 발명의 제5 측면과 유사하다는 점에 유의할 것이다. 한 구현양태에서, 제6 측면의 방법은 침출수로부터 하나 이상의 불순물을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.The method of the sixth aspect may include treating the mixture with a reducing agent. In one implementation, at least a portion of the nickel, cobalt, and/or manganese may be in an oxidized state, and the treatment may reduce at least a portion of the oxidized nickel, cobalt, and/or manganese. It will be noted that this embodiment is similar to the fifth aspect of the invention. In one implementation, the method of the sixth aspect may include removing one or more impurities from the leachate.

본 발명의 제6 측면의 특징은 본 발명의 제5 측면에 대해 설명된 것과 같을 수 있다.The features of the sixth aspect of the invention may be the same as those described for the fifth aspect of the invention.

제7 측면에서, 본 발명은 니켈, 코발트 및 망간으로부터 선택되는 적어도 2개의 금속, 임의로 세 가지 금속 모두를 포함하는 침출수를 제공하며, 상기 침출수는 제5 측면의 방법에 의해 생성된다.In a seventh aspect, the invention provides a leachate comprising at least two metals selected from nickel, cobalt and manganese, optionally all three metals, said leachate produced by the method of the fifth aspect.

제8 측면에서, 본 발명은 니켈, 코발트 및 망간으로부터 선택된 적어도 2개의 금속, 임의로 세 가지 금속 모두를 포함하는 침출수를 제공하며, 상기 침출수는 제6 측면의 방법에 의해 생성된다.In an eighth aspect, the invention provides a leachate comprising at least two metals selected from nickel, cobalt and manganese, optionally all three metals, said leachate produced by the method of the sixth aspect.

본원에 설명된 특징 중 임의의 것은 본 발명의 범위 내에서 본원에 설명된 다른 특징 중 하나 이상과 임의의 조합으로 결합될 수 있다.Any of the features described herein may be combined in any combination with one or more of the other features described herein within the scope of the invention.

한 구현양태에서, 본 명세서는 특정 금속의 용해, 특히 니켈, 코발트 및 망간의 2개 또는 3개의 용해에 관한 것이다. 용해는 적어도 부분적으로 선택적인 방식으로 수행될 수 있다. 이는 최소한의 불순물 용해 및/또는 Ni, Co 또는 Mn의 최소한의 손실과 함께 Ni+Mn, Ni+Co 또는 Mn+Co 또는 실제로 Ni+Mn+Co를 유지할 목적으로 약 1과 약 7 사이, 또는 약 1과 약 6 사이의 최종 pH 제어와 산화 및 환원 반응 제어를 사용하며, 배터리 전구체 물질의 침전을 위한 대략 정확한 비율의 용액을 생성할 수 있다. 이어서, 공정은 생성된 용액으로부터 일부 불순물을 제거 및/또는 분리하여 생성된 용액이 배터리 전구체 물질의 생산에 사용될 수 있도록 할 수 있다. 초기 고체 물질에 따라 환원제, 산화제, 둘 다 사용 또는 둘 다 사용하지 않아도 될 수 있다. 물질은 반드시 Ni, Mn 및 Co의 전부를 포함할 필요는 없으며, 최종 생성물에 필요한 Ni, Mn 및 Co의 전부를 포함할 필요도 없다. 이 공정은 전구체 물질의 생산에 사용하기 위한 용액을 생산하기 위한 것이다.In one implementation, the present disclosure relates to the dissolution of certain metals, particularly two or three of nickel, cobalt and manganese. Dissolution may be performed in an at least partially selective manner. This is between about 1 and about 7, or about Using control of the final pH between 1 and about 6 and control of the oxidation and reduction reactions, it is possible to create a solution with approximately the correct proportions for precipitation of battery precursor materials. The process can then remove and/or separate some impurities from the resulting solution so that the resulting solution can be used in the production of battery precursor materials. Depending on the initial solid material, a reducing agent, an oxidizing agent, both, or neither may be used. The material does not necessarily need to contain all of the Ni, Mn, and Co, nor does it need to contain all of the Ni, Mn, and Co needed for the final product. This process is intended to produce a solution for use in the production of precursor materials.

공정의 한 측면은 선택된 금속의 상당 부분이 침출 및 불순물 제거 또는 분리 단계를 통해 함께 유지되어 생성된 침출수 중 Ni:Mn:Co의 비율이 조정되어 NMC 유형의 물질의 침전에 사용될 수 있다는 것이다.One aspect of the process is that a significant portion of the selected metal is kept together through the leaching and impurity removal or separation steps so that the ratio of Ni:Mn:Co in the resulting leachate can be adjusted and used for precipitation of NMC type materials.

한 구현양태에서 본 공정을 위한 공급 혼합물은, 이러한 물질이 Ni, Co 및 Mn 중 적어도 두 가지를 상당한 양으로 함유하는 한, SAL 공정의 잔류물, 이 공정의 생성물, 배터리의 물질, 니켈 산화물 광석과 같은 기타 산화물 물질, MHP(혼합 수산화물 침전물)과 같은 중간 니켈 생성물, MCP(혼합 탄산염 침전물) 또는 MSP(혼합 황화물 침전물), 황화니켈 광석, 니켈 황화물 농축물 또는 니켈 황화물 매트와 같은 기타 황화물 물질, 또는 금속 물질를 포함할 수 있다. In one embodiment, the feed mixture for the process comprises residues from the SAL process, products of the process, materials from batteries, nickel oxide ores, as long as these materials contain significant amounts of at least two of Ni, Co, and Mn. Other oxide materials, such as intermediate nickel products such as mixed hydroxide precipitates (MHP), mixed carbonate precipitates (MCP) or mixed sulfide precipitates (MSP), nickel sulfide ores, nickel sulfide concentrates or nickel sulfide mats; Alternatively, it may contain a metallic material.

이들 물질은 일반적으로 함유된 Ni, Co 및 Mn의 산화 상태에 따라 분류될 수 있다. 니켈과 코발트는 종종 Ni(0) 또는 Co(0)라고 할 수 있는 금속 형태로 존재한다. 이들은 이온 형태인 Ni(II) 또는 Ni(III), Co(II) 또는 Co(III)로 산화될 수 있다. Mn은 Mn(0), Mn(II), Mn(III), Mn(IV) 및 Mn(VII) 형태로 존재할 수 있다. 이러한 원소의 다른 산화 상태도 존재할 수 있지만 덜 일반적이다. 이들 금속을 상대적으로 선택적인 방식으로 용해시키기 위해, 발명자들은 원소의 산화 상태를 (II) 상태로 변경하는 것이 편리하다는 것을 발견했다. 따라서 Ni, Co 및 Mn의 상태가 (II)보다 높은 임의의 물질은 원하는 (II) 형태에 비해 산화된 것으로 간주되며, (II)보다 낮은 산화 상태를 가진 임의의 물질은 원하는 (II) 형태에 비해 환원된 것으로 간주된다. (II) 상태에서 이러한 원소를 얻는 이유는 해당 형태에서 이들 세 가지 금속이 모두 pH 약 1에서 최대 약 pH 6 또는 7 사이의 황산, 질산 또는 염산의 산성 용액에 상당히 용해되기 때문이다. Mn의 경우 (III) 또는 (IV)는 약 pH 3 이하의 산성 용액에서만 상당히 용해된다. 따라서 (II) 상태의 원소를 얻으면 덜 산성인 조건에서도 용해될 수 있다. 이는 많은 불순물에 대한 선택성을 제공한다.These materials can generally be classified according to the oxidation state of Ni, Co, and Mn they contain. Nickel and cobalt often exist in metallic forms that can be referred to as Ni(0) or Co(0). They can be oxidized to the ionic form Ni(II) or Ni(III), Co(II) or Co(III). Mn may exist in the forms Mn(0), Mn(II), Mn(III), Mn(IV), and Mn(VII). Other oxidation states of these elements may also exist but are less common. To dissolve these metals in a relatively selective manner, inventors found it convenient to change the oxidation state of the elements to the (II) state. Therefore, any material with states of Ni, Co, and Mn higher than (II) is considered oxidized relative to the desired (II) form, and any material with oxidation states lower than (II) is considered oxidized relative to the desired (II) form. It is considered reduced compared to The reason for obtaining these elements in state (II) is that in that form all three metals are quite soluble in acidic solutions of sulfuric, nitric or hydrochloric acid between a pH of about 1 and a maximum of about pH 6 or 7. For Mn, (III) or (IV) is only significantly soluble in acidic solutions below about pH 3. Therefore, if an element in the (II) state is obtained, it can be dissolved even under less acidic conditions. This provides selectivity for many impurities.

SAL 공정의 잔류물은 대부분의 Ni를 Ni(II)로 갖고, 대부분의 Co를 Co(III) 또는 혼합 Co(II)/Co(III) 형태의 고체로 갖고, 대부분의 Mn를 Mn(III) 또는 Mn(IV)로 갖는다. 이는 산화된 공급물로 분류될 수 있다. 배터리 음극 물질은 Ni의 대부분이 Ni(III)이고, Co의 대부분이 Co(III)이며, Mn의 대부분이 Mn(III) 및 Mn(IV)이다. 이는 산화된 공급물로 분류될 수 있다. 니켈 산화물 광석은 Ni를 Ni(II) 또는 Ni(III)로, Co를 Co(II) 또는 Co(III)로, Mn을 Mn(II), Mn(III) 및 Mn(IV)로 가질 수 있다. 이는 산화된 공급물로 분류될 수 있다. MHP 및 MCP 중간체는 대부분의 Ni를 Ni(II)로, Co의 대부분을 Co(II)로, Mn의 대부분을 Mn(II)로 함유한다. 이는 비산화된 공급물로 분류된다.The residue from the SAL process has most of the Ni as Ni(II), most of the Co as solids in the form of Co(III) or mixed Co(II)/Co(III), and most of the Mn as Mn(III). or Mn(IV). This can be classified as an oxidized feed. In battery cathode materials, most of the Ni is Ni(III), most of the Co is Co(III), and most of the Mn is Mn(III) and Mn(IV). This can be classified as an oxidized feed. Nickel oxide ores can have Ni as Ni(II) or Ni(III), Co as Co(II) or Co(III), and Mn as Mn(II), Mn(III), and Mn(IV). . This can be classified as an oxidized feed. The MHP and MCP intermediates contain most of the Ni as Ni(II), most of the Co as Co(II), and most of the Mn as Mn(II). It is classified as a non-oxidized feed.

MSP 및 다른 황화물 물질은 대부분의 Ni를 Ni(II)로 갖고, Co를 Co(II)로 갖는다. 일반적으로 황화물과 관련된 Mn은 거의 없다. 이러한 황화물 물질의 Ni 및 Co는 황과 결합되어 있으므로 이를 용해하기 위해 Ni 또는 Co를 산화 또는 환원할 필요는 없지만 황화물 형태로부터 Ni 및 Co가 방출될 수 있도록 황을 산화시키는 것이 필요한다. 따라서 황화물 공급원은 환원된 공급물로 분류된다.MSP and other sulfide materials have most of their Ni as Ni(II) and most of their Co as Co(II). In general, there is little Mn associated with sulfides. Since Ni and Co in these sulfide materials are bound to sulfur, it is not necessary to oxidize or reduce Ni or Co to dissolve them, but it is necessary to oxidize the sulfur so that Ni and Co can be released from the sulfide form. Therefore, the sulfide source is classified as a reduced feed.

금속과 관련된 (II) 상태의 이들 원소에는 소량의 산화물 형태가 있을 수 있지만, 금속 형태는 Ni의 대부분이 Ni(0)이고, Co의 대부분이 Co(0)이며, Mn의 대부분이 Mn(0)이다. 따라서 이는 환원된 공급물로 분류된다.There may be minor oxide forms of these elements in the metal-related (II) state, but the metallic forms are mostly Ni(0) for Ni, mostly Co(0) for Co, and mostly Mn(0) for Mn. )am. It is therefore classified as reduced feed.

일반적으로, 산화된 공급물은 용해되어 침출수를 형성할 수 있도록 적절한 환원제로 환원되어야 한다. 비산화된 공급물은 침출수를 형성하기 위해 Ni, Co 및/또는 Mn을 용해시키기 위해 상당한 환원제 또는 산화제를 필요로 하지 않는다. 환원된 공급물은 용해되어 침출수를 형성할 수 있도록 적절한 산화제로 산화되어야 한다.Generally, the oxidized feed must be reduced with a suitable reducing agent so that it can be dissolved to form leachate. Non-oxidized feeds do not require significant reducing or oxidizing agents to dissolve Ni, Co and/or Mn to form leachate. The reduced feed must be oxidized with a suitable oxidizing agent so that it can be dissolved to form leachate.

한 구현양태에서 본 접근법의 특징은 산화된 공급물에서 산화된 니켈이 전형적으로 환원되는 첫 번째 원소가 되고, 산화된 코발트가 뒤따르고, 이어서 산화된 망간이 뒤따를 것이라는 점이다. 이들 세 가지 원소는 원하는 +2 산화 상태로 환원될 수 있으므로 침출수에 기여하는 각 원소의 양을 제어하는 방식으로 용해될 수 있다. 환원제를 선택하거나 환원제를 사용한 후 산화제를 사용하는 것도 이러한 금속의 용해 정도를 제어할 수 있다.In one implementation, a feature of this approach is that in the oxidized feed, oxidized nickel will typically be the first element to be reduced, followed by oxidized cobalt, and then oxidized manganese. These three elements can be reduced to the desired +2 oxidation state and thus dissolved in a way that controls the amount of each element contributing to the leachate. Choosing a reducing agent or using a reducing agent followed by an oxidizing agent can also control the degree of dissolution of these metals.

또한, 이러한 거동은, 환원제가 환원제를 소비하고/하거나 환원 반응에 의해 용해될 수 있는 상당한 양의 다른 원소와 반응하기 전에 상당한 양의 Ni/Co/Mn 금속을 환원 및 용해시킬 수 있게 한다. Fe는 Ni 및 Co와 유사한 거동을 따르는 원소의 예이다. 즉, Fe는 Fe(II) 및 Fe(III) 상태로 존재할 수 있으며 Fe(II)는 약 pH 7 이하의 산에 상당히 용해되지만, Fe(III)은 pH 약 3 이하에서만 상당히 용해된다. 그러나 시약 첨가 속도, 첨가량, 시약 선택, 온도 및 기타 매개변수를 주의 깊게 제어하여 환원을 제어하면 대부분의 Ni, Co 및 Mn이 반응하여 (II) 형태가 될 때까지 Fe(III)의 Fe(II)로 환원을 중지하거나 최소화할 수 있다. 대안적으로, 환원 후에 Ni(II) Co(II) 또는 Mn(II)이 아닌 Fe(II)와 반응하거나 적어도 Ni(II) Co(II) 및/또는 Mn(II) 전에 Fe(II)와 반응하는 산화제를 첨가할 수 있으며, 이는 Fe(II)가 다시 Fe(III)으로 산화되어 고체상으로 되돌아가게 한다. 따라서 Fe가 아닌 Ni/Co/Mn 함유 물질 내 Ni/Co/Mn의 선택적 용해가 달성될 수 있다. 선택적 용해 단계 후에는 고체/액체 분리 단계, 예를 들어 경사분리, 원심분리, 침강 및/또는 여과가 이어질 수 있다.Additionally, this behavior allows the reducing agent to reduce and dissolve significant amounts of Ni/Co/Mn metal before it consumes the reducing agent and/or reacts with significant amounts of other elements that may be dissolved by the reduction reaction. Fe is an example of an element that follows similar behavior to Ni and Co. That is, Fe can exist in the Fe(II) and Fe(III) states, and Fe(II) is significantly soluble in acids below about pH 7, but Fe(III) is only significantly soluble at pH below about 3. However, if the reduction is controlled by carefully controlling the reagent addition rate, addition amount, reagent selection, temperature, and other parameters, the reduction of Fe(III) to Fe(II) is achieved until most of Ni, Co, and Mn react to form the (II) form. ), the reduction can be stopped or minimized. Alternatively, Ni(II) reacts with Fe(II) rather than Co(II) or Mn(II) after reduction, or at least with Fe(II) before Ni(II) Co(II) and/or Mn(II). A reactive oxidizing agent can be added, which causes the Fe(II) to oxidize back to Fe(III) and return to the solid phase. Therefore, selective dissolution of Ni/Co/Mn in Ni/Co/Mn-containing materials but not Fe can be achieved. The optional dissolution step may be followed by a solid/liquid separation step, such as decanting, centrifugation, sedimentation and/or filtration.

환원 및 산화를 제어하는 이러한 접근법은 Ni, Co 및 Mn의 황화물 및 금속 공급원과 같은 환원된 물질에도 적용될 수 있다. 황화물 물질은 산화제와 반응하여 황화물 부분을 산화시키고 Ni, Co 및 Mn을 용해시킬 수 있다. 산화제 및 용해는 물질의 다른 불순물 부분이 산화 및/또는 용해되기 전에 물질의 Ni, Co 및 Mn 부분이 산화 및 용해되어 Ni, Co 및 Mn을 함유하는 상대적으로 깨끗한 용액을 생성하도록 제어될 수 있다. 물질 또는 용액은 또한 상당한 양의 Mn, Co 또는 Ni가 산화 및 침전되기 전에 Fe와 같은 임의의 불순물 원소가 산화 및 침전되도록 추가로 산화될 수 있다.This approach to controlling reduction and oxidation can also be applied to reduced materials such as sulfide and metal sources of Ni, Co, and Mn. Sulfide materials can react with oxidizing agents to oxidize the sulfide portion and dissolve Ni, Co, and Mn. The oxidizing agent and dissolution can be controlled so that the Ni, Co, and Mn portions of the material are oxidized and dissolved before other impurity portions of the material are oxidized and/or dissolved, producing a relatively clean solution containing Ni, Co, and Mn. The material or solution may also be further oxidized so that any impurity elements, such as Fe, are oxidized and precipitated before significant amounts of Mn, Co or Ni are oxidized and precipitated.

유사하게, 금속은 산화제와 반응하여(예를 들어 위에서 설명한 바와 같이) 함유된 Ni/Co/Mn 부분이 그들의 (II) 상태로 산화되어 용해되도록 할 수 있으며, 귀금속 및 백금족 금속과 같은 Ni, Co 및/또는 Mn 금속 또는 구리, 납 및 주석을 포함한 귀금속 이후에 산화되는 기타 금속 물질의 용해를 방지하기 위해 산화 정도를 제어한다. 추가 산화는 Fe와 같은 불순물 금속을 산화 및 침전시키거나 심지어 Mn을 산화 및 침전시켜 용액 내 Ni:Co:Mn의 비율을 제어하는 데 사용될 수도 있다.Similarly, metals can react with oxidizing agents (e.g. as described above), causing the contained Ni/Co/Mn moieties to oxidize to their (II) state and dissolve, and noble and platinum group metals such as Ni, Co and/or controlling the degree of oxidation to prevent dissolution of Mn metal or other metallic substances that subsequently oxidize after noble metals including copper, lead and tin. Additional oxidation can also be used to control the ratio of Ni:Co:Mn in solution by oxidizing and precipitating impurity metals such as Fe or even Mn.

이러한 물질과 일반적으로 관련된 주요 침출 불순물은 알칼리 원소(주요 고려 사항은 Li, Na, K이다), 알칼리 토류 원소(주요 고려 사항은 Mg, Ca이다), 전이 금속(주요 고려 사항은 Sc, Ti, V, Cr, Fe, Cu, Zn, Cd이다), 기타 금속(주요 고려 사항은 Al, Sn, Pb이다) 및 준금속(주요 고려 사항은 Si, As, Sb이다)이다.The main leaching impurities commonly associated with these materials are alkali elements (main considerations are Li, Na, K), alkaline earth elements (main considerations are Mg, Ca), transition metals (main considerations are Sc, Ti, V, Cr, Fe, Cu, Zn, Cd), other metals (main considerations are Al, Sn, Pb) and metalloids (main considerations are Si, As, Sb).

Li(I), Na(I) 및 K(I)와 같은 금속은 산성 용액에 매우 잘 용해되며 안정화 또는 산화 침전 거동을 나타내지 않으므로 일반적으로 본원에 기술된 공정에 사용되는 침출 조건에서 용해된다. Mg(II)도 유사한 거동을 나타낸다. Ca(II)도 일반적으로 용해되지만 황산에서는 다양한 황산칼슘 화합물의 용해도로 인해 상대적으로 낮은 농도로 제한된다. 일반적으로 이러한 원소는 약 8 또는 9의 보다 높은 pH까지의 용액에 용해되므로 Ni, Co 및/또는 Mn 회수에 사용되는 후속 침전 공정 동안 용액에 남아 있기 때문에 배터리 전구체 생성물을 오염시키지 않으므로 큰 문제가 되지 않는다.Metals such as Li(I), Na(I) and K(I) are very soluble in acidic solutions and do not exhibit stabilization or oxidative precipitation behavior and are therefore generally soluble under the leaching conditions used in the process described herein. Mg(II) also shows similar behavior. Ca(II) is also generally soluble, but is limited to relatively low concentrations in sulfuric acid due to the solubility of various calcium sulfate compounds. Typically, these elements are soluble in solutions up to a higher pH of about 8 or 9, so this is not a major concern as they do not contaminate the battery precursor product as they remain in solution during subsequent precipitation processes used for Ni, Co, and/or Mn recovery. No.

다른 중요한 불순물 원소의 경우, Fe 용해는 위에서 논의된 산화, 환원 및 pH 거동에 의해 제어될 수 있다. Sc(III), Ti(IV), V(V), Cr(III), Al(III), Sn(IV), As(III), Sb(III) 및 어느 정도의 Cu(II), Zn(II) 및 Cd(II)의 용해는 침출 pH에 의해 제어될 수 있는데, 이는 이들 원소가 더 낮은 pH 값에서 상당히 용해되고 pH 약 1-7 또는 1-6 범위 내의 더 높은 pH 값에서는 크게 용해되지 않기 때문이다. Pb(II)도 일반적으로 용해되지만 황산에서는 다양한 황산납 화합물의 용해도에 의해 제한된다. Si는 일반적으로 pH 약 1-7 또는 1-6 범위에서 크게 용해되지 않는다.For other important impurity elements, Fe dissolution can be controlled by the oxidation, reduction and pH behaviors discussed above. Sc(III), Ti(IV), V(V), Cr(III), Al(III), Sn(IV), As(III), Sb(III) and to some extent Cu(II), Zn( II) and Cd(II) can be controlled by the leaching pH, as these elements are significantly soluble at lower pH values and not significantly soluble at higher pH values in the pH range of about 1-7 or 1-6. Because it doesn't. Pb(II) is also generally soluble, but is limited by the solubility of various lead sulfate compounds in sulfuric acid. Si is generally not significantly soluble in the pH range of about 1-7 or 1-6.

Cr, Sn, As 및 Sb는 모두 용해도에 영향을 미치는 다른 산화 상태를 취할 수 있다. 일반적으로 이들 원소의 더 높은 산화 상태는 더 가용성이므로, 이들 원소의 산화 또는 환원은 언급된 산화 상태를 달성하도록 제어될 수 있으며, 이는 차례로 이들 원소에 대한 Ni/Co/Mn의 원하는 선택성을 달성할 것이다.Cr, Sn, As and Sb can all take on different oxidation states which affect their solubility. In general, higher oxidation states of these elements are more soluble, so the oxidation or reduction of these elements can be controlled to achieve the mentioned oxidation states, which in turn will achieve the desired selectivity of Ni/Co/Mn for these elements. will be.

위에서 논의한 바와 같이, 본원의 한 구현양태에 설명된 공정의 목적은 산화 및 환원 반응과 용액 pH를 제어하여 최소한의 불순물과 함께 용액에서 Ni, Co 및/또는 Mn을 얻는 것이다.As discussed above, the goal of the process described in one embodiment of the disclosure is to control oxidation and reduction reactions and solution pH to obtain Ni, Co and/or Mn in solution with minimal impurities.

pH 조정, 이온 교환, 용매 추출, 침전 및/또는 교결 반응과 같은 후속 불순물 제거 단계를 수행하여 이 용액으로부터 추가 불순물을 제거 및/또는 분리할 수 있다. 예를 들어, Cu, Zn 및 Cd는 다양한 이온 교환 또는 용매 추출 공정을 통해 용액에서 제거될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, Ni, Co 및 Mn 중 임의의 2개 또는 전부는 이온 교환 또는 용매 추출에 의해 침출수 중의 불순물로부터 분리되어 이들이 함께 남도록 할 수 있다.Subsequent impurity removal steps such as pH adjustment, ion exchange, solvent extraction, precipitation and/or cementation reactions may be performed to remove and/or separate additional impurities from this solution. For example, Cu, Zn, and Cd can be removed from solution through various ion exchange or solvent extraction processes. Alternatively or additionally, any two or all of Ni, Co and Mn may be separated from impurities in the leachate by ion exchange or solvent extraction such that they remain together.

침출 공정에 사용되는 다양한 물질의 비율은 최종 침출수에서 Ni:Co:Mn의 원하는 비율을 목표로 하도록 조정될 수 있다.The proportions of the various substances used in the leaching process can be adjusted to target the desired ratio of Ni:Co:Mn in the final leachate.

필요에 따라 Ni:Co:Mn의 비율을 조정하기 위해 불순물 제거 단계 전이나 후에 추가적인 Ni, Co 또는 Mn을 침출수에 첨가할 수도 있다.Additional Ni, Co or Mn may be added to the leachate before or after the impurity removal step to adjust the Ni:Co:Mn ratio as needed.

한 구현양태에서, 최종 목표는 필요한 Ni:Co:Mn 비율을 갖고, 충분한 순도를 갖는 용액일 수 있어, 배터리 음극 전구체 물질이 해당 용액으로부터 생산될 수 있다.In one implementation, the end goal may be a solution with the necessary Ni:Co:Mn ratio and sufficient purity so that battery negative electrode precursor material can be produced from that solution.

NMC라는 용어는 배터리에서 활성 물질로 사용될 수 있는 Ni, Co 및 Mn을 함유하는 임의의 물질을 지칭한다는 점에 유의해야 한다.It should be noted that the term NMC refers to any material containing Ni, Co and Mn that can be used as an active material in batteries.

본 발명의 바람직한 특징, 구현양태 및 변형은 본 발명을 수행하기 위해 당업자에게 충분한 정보를 제공하는 다음의 상세한 설명으로부터 식별될 수 있다. 상세한 설명은 어떤 방식으로든 앞의 발명 요약의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다.
본 발명의 범위 내에 속할 수 있는 임의의 다른 형태에도 불구하고, 본 발명의 바람직한 구현양태는 이제 첨부 도면을 참조하여 단지 예로서 설명될 것이다:
도 1은 본 발명의 구현양태를 포함하는 방법에 따라 고체 잔류물로부터 수득한 니켈, 망간 및 코발트를 포함하는 공-침전물을 생성하는 방법의 흐름도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 두 번째 구현양태를 포함하는 방법에 따라 니켈, 망간 및 코발트를 포함하는 공-침전물을 생성하는 두 번째 방법에 대한 개략도를 도시한다.
도 3은 여과액의 부피를 기준으로 산 사전-세척 단계를 사용하여 코발트 농축물로부터 원하지 않는 금속을 제거하는 것을 도시한다.
도 4a 및 4b는 환원 조건 하에서 사전-세척된 코발트 농축물을 침출하는 과정에서 pH와 비교하여 다양한 금속의 용액에 대한 회수 플롯을 도시한다.
도 5a, 5b 및 5c는 환원 반응을 종료하는 과정에서 다양한 금속의 용액상 농도 변화의 플롯을 도시한다.
도 6a-6d는 반응 시간 및 pH에 따른 주요 원소의 용액에 대한 회수 플롯을 도시하며, 여기서 고체는 55℃의 반응기 온도에서 5% 초기 고체 및 100% 화학양론적 SO2 첨가로 2.5 시간에서 처리되었다. 사용된 고체는 다음과 같다. 도 6a: BMJ-A; 도 6b: BMJ-B; 도 6c: BMC; 도 6d: BMK;
도 7a-7d는 반응 시간 및 pH에 따른 주요 원소의 용액에 대한 회수 플롯을 보여주며, 여기서 BMK 고체는 다양한 조건에서 산을 첨가하면서 55℃의 반응기 온도에서 5% 초기 고체 및 100% 화학양론적 SO2 첨가로 처리되었다. 산은 다음과 같이 첨가했다. 도 7a - pH를 4.5로 낮추기 위해 샘플링 지점에 H2SO4를 단계적으로 첨가하고 2.5시간에 걸쳐 SO2(31 mL/분)를 첨가했다; 도 7b - H2SO4를 연속적으로 첨가하여 200분 만에 화학양론적 요구 사항(1 mL/분)의 100%를 제공하고 SO2(31 mL/분)를 2.5시간에 걸쳐 첨가했다; 도 7c - H2SO4H를 연속적으로 첨가하여 1.5시간 만에 화학양론적 요구 사항(2.2 mL/분)의 100%를 제공하고 SO2(52 mL/분)를 1.5시간에 걸쳐 첨가했다; 도 7d - 반응 시작 시 H2SO4의 화학량론적 요구 사항의 100%가 전달되었으며, SO2는 0.5시간 내에 첨가되었다(220 mL/분). 도 7e는 반응 시간 및 pH에 따른 주요 원소의 용액에 대한 회수 비교 플롯을 보여주며, 여기서 BMK 고체는 55℃의 반응기 온도에서 5% 초기 고체 및 SO2 없이 H2SO4를 연속적으로 첨가하여 200분 동안 화학양론적 요구 사항(1 mL/분)의 100%를 생성했다.
도 8은 반응 시간 및 pH에 따른 주요 원소의 용액에 대한 회수 플롯을 보여주며, 여기서 BMK 고체는 55℃의 반응기 온도에서 20% 초기 고체 및 1.5시간에 SO2의 100% 화학양론적 첨가(290 mL/분)로 처리되었고 50% H2SO4를 연속적으로 첨가하여 1.5시간 만에 화학양론적 요구 사항(2.9 mL/분)의 100%를 제공하였다.
도 9a 및 9b는 반응 시간 및 pH에 따른 주요 원소의 용액에 대한 회수 플롯을 보여주며, 여기서 BMK 고체는 반응기 온도에서 5% 초기 고체 및 1.5시간에 SO2의 100% 화학양론적 첨가(52 mL/분)로 처리되었고 H2SO4를 연속적으로 첨가하여 1.5시간 내에 화학양론적 요구 사항(2.2mL/분)을 100% 달성했다. 반응기 온도는 다음과 같다: 도 9a - 75℃; 도 9b - 35℃;
도 10은 본 발명의 한 구현양태의 방법의 흐름도를 도시한다.
도 11은 본 발명의 다른 구현양태의 방법의 흐름도를 도시한다.
도 12는 2.5M NaOH의 자동 적정에 의해 조정된 pH를 사용하여 75℃, 50ml/분 공기에서 pH 대 목표 금속 침전의 그래프를 도시한다.
도 13은 2.5M NaOH의 자동 적정에 의해 조정된 pH를 사용하여 75℃, 50ml/분 공기에서 pH 대 불순물 원소 침전의 그래프를 도시한다.
도 14는 200g/l Na2CO3의 자동 적정에 의해 조정된 pH를 사용하여 75℃, 50 ml/분 공기에서 pH 대 목표 금속 침전의 그래프를 도시한다.
도 15는 200g/l Na2CO3의 자동 적정에 의해 조정된 pH를 사용하여 75℃, 50 ml/분 공기에서 pH 대 불순물 원소 침전의 그래프를 도시한다.
도 16은 고체 MnCO3 및 BNC를 첨가한 후 200g/l Na2CO3의 자동 적정에 의해 초기에 조정된 pH를 사용하여 75℃, 50 ml/분 공기에서 pH 대 목표 금속 침전의 그래프를 도시한다.
도 17은 고체 MnCO3 및 BNC를 첨가한 후 200g/l Na2CO3의 자동 적정에 의해 초기에 조정된 pH를 사용하여 75℃, 50 ml/분 공기에서 pH 대 불순물 원소 침전의 그래프를 도시한다.
도 18은 200g/l Na2CO3의 자동 적정에 의해 조정된 pH를 사용하여 75℃, 50 ml/분 공기에서 pH 대 목표 금속 침전의 그래프를 도시한다. 150분에 염기 첨가로 고체 액체 분리가 180분에 이루어졌다.
도 19는 200g/l Na2CO3의 자동 적정에 의해 조정된 pH를 사용하여 75℃, 50 ml/분 공기에서 pH 대 불순물 원소 침전의 그래프를 도시한다. 150분에 염기 첨가로 고체 액체 분리가 180분에 이루어졌다.
도 20은 최종 NMC 조성물에 대에서 최종 pH 및 초기 NMC 비율의 공-침전 효과를 도시한다.
도 21은 다양한 NMC 최종 침전 pH에서 Ca2+ 및 Mg2+의 침전 정도를 도시한다. 용액 중 초기 50 mg/L Ca + 200 mg/L Mg. 용액 중 초기 0.12 mol/L Ni, 0.02 mol/L Co 및 x mol/L Mn(x=0.02, 0.04 및 0.06)을 사용하여 NMC 비율을 6:2:2에서 6:3:2 및 6:4:2으로 변경하한다.
도 22는 다양한 NMC 최종 침전 pH에서 Ni2+, Co2+ 및 Mn2+의 침전 백분율을 도시한다. 용액 중 초기 0.12 mol/L Ni, 0.02 mol/L Co 및 x mol/L Mn(x=0.02, 0.04 및 0.06)을 사용하여 NMC 비율을 6:2:2(단색 빨간색 점)에서 6:3:2(빨간색 원) 및 6:4:2(빨간색 직사각형)으로 변경한다.
도 23은 본 발명의 한 구현양태에 따른 라테라이트 광석 샘플로부터 침출 회수를 도시한다.
도 24는 본 발명의 구현양태에 따라 조정된 라테라이트 광석 침출 용액의 NMC 침전으로부터 고체로의 회수를 도시한다.
도 25는 본 발명의 구현양태에 따른 MSP의 황산 침출로부터 용액으로의 침출 회수를 도시한다.
도 26은 본 발명의 구현양태에 따라 조정된 황화물 농축 침출 용액의 NMC 침전으로부터 고체로의 회수를 도시한다.
도 27은 본 발명의 구현양태에 따른 브렌드된 코발트 농축물/블랙 매스의 황산 침출로부터 용액으로의 침출 회수를 도시한다.
Preferred features, embodiments and variations of the invention can be identified from the following detailed description, which provides sufficient information to those skilled in the art to practice the invention. The detailed description should not be considered to limit the scope of the foregoing summary in any way.
Notwithstanding any other forms that may fall within the scope of the invention, preferred embodiments of the invention will now be described by way of example only with reference to the accompanying drawings:
1 shows a flow diagram of a method for producing a co-precipitate comprising nickel, manganese and cobalt obtained from solid residues according to a method comprising an embodiment of the invention.
Figure 2 shows a schematic diagram of a second method of producing a co-precipitate comprising nickel, manganese and cobalt according to a method comprising a second embodiment of the invention.
Figure 3 depicts the removal of unwanted metals from cobalt concentrate using an acid pre-wash step based on the volume of filtrate.
Figures 4A and 4B show recovery plots for solutions of various metals compared to pH during leaching of pre-cleaned cobalt concentrate under reducing conditions.
Figures 5a, 5b, and 5c show plots of the change in solution phase concentration of various metals during the process of completing the reduction reaction.
Figures 6a-6d show recovery plots for solutions of major elements as a function of reaction time and pH, where solids were treated at 2.5 hours with 5% initial solids and 100% stoichiometric SO 2 addition at a reactor temperature of 55°C. It has been done. The solids used are as follows. Figure 6a: BMJ-A; Figure 6b: BMJ-B; Figure 6c: BMC; Figure 6d: BMK;
Figures 7a-7d show recovery plots for solutions of major elements as a function of reaction time and pH, where BMK solids were reacted at 5% initial solids and 100% stoichiometric at a reactor temperature of 55°C with acid addition under various conditions. Treated with SO 2 addition. Acid was added as follows. Figure 7a - H 2 SO 4 was added stepwise to the sampling point to lower the pH to 4.5 and SO 2 (31 mL/min) was added over 2.5 hours; Figure 7b - H 2 SO 4 was added continuously to provide 100% of the stoichiometric requirement (1 mL/min) in 200 minutes and SO 2 (31 mL/min) was added over 2.5 hours; Figure 7c - H 2 SO 4 H was added continuously to provide 100% of the stoichiometric requirement (2.2 mL/min) in 1.5 hours and SO 2 (52 mL/min) was added over 1.5 hours; Figure 7d - 100% of the stoichiometric requirement of H 2 SO 4 was delivered at the start of the reaction, and SO 2 was added within 0.5 hours (220 mL/min). Figure 7e shows a comparative recovery plot for solutions of the main elements as a function of reaction time and pH, where BMK solids were recovered at 200 °C by continuous addition of H 2 SO 4 without 5% initial solids and SO 2 at a reactor temperature of 55 °C. min to produce 100% of the stoichiometric requirement (1 mL/min).
Figure 8 shows a recovery plot for solutions of the major elements as a function of reaction time and pH, where BMK solids are 20% initial solids at a reactor temperature of 55°C and 100% stoichiometric addition of SO 2 in 1.5 hours (290 mL/min) and continuous addition of 50% H 2 SO 4 provided 100% of the stoichiometric requirement (2.9 mL/min) in 1.5 hours.
Figures 9a and 9b show recovery plots for solutions of key elements as a function of reaction time and pH, where BMK solids were added at 5% initial solids at reactor temperature and 100% stoichiometric addition of SO 2 in 1.5 hours (52 mL). /min) and 100% of the stoichiometric requirement (2.2 mL/min) was achieved within 1.5 hours by continuous addition of H 2 SO 4 . Reactor temperatures were as follows: Figure 9a - 75°C; Figure 9b - 35°C;
Figure 10 shows a flow diagram of a method of one implementation of the invention.
Figure 11 shows a flow diagram of a method of another embodiment of the present invention.
Figure 12 shows a graph of target metal precipitation versus pH at 75°C, 50 ml/min air using pH adjusted by automatic titration of 2.5M NaOH.
Figure 13 shows a graph of impurity element precipitation versus pH at 75°C, 50 ml/min air using pH adjusted by automatic titration of 2.5M NaOH.
Figure 14 shows a graph of target metal precipitation versus pH at 75°C, 50 ml/min air using pH adjusted by automatic titration of 200 g/l Na 2 CO 3 .
Figure 15 shows a graph of impurity element precipitation versus pH at 75° C., 50 ml/min air, using pH adjusted by automatic titration of 200 g/l Na 2 CO 3 .
Figure 16 shows a graph of target metal precipitation versus pH at 75°C, 50 ml/min air using pH initially adjusted by automatic titration of 200 g/l Na 2 CO 3 after addition of solid MnCO 3 and BNC. do.
Figure 17 shows a graph of impurity element precipitation versus pH at 75°C, 50 ml/min air using pH initially adjusted by automatic titration of 200 g/l Na 2 CO 3 after addition of solid MnCO 3 and BNC. do.
Figure 18 shows a graph of target metal precipitation versus pH at 75°C, 50 ml/min air using pH adjusted by automatic titration of 200 g/l Na 2 CO 3 . Solid-liquid separation was achieved at 180 min with addition of base at 150 min.
Figure 19 shows a graph of impurity element precipitation versus pH at 75° C., 50 ml/min air, using pH adjusted by automatic titration of 200 g/l Na 2 CO 3 . Solid-liquid separation was achieved at 180 min with base addition at 150 min.
Figure 20 shows the co-precipitation effect of final pH and initial NMC ratio on final NMC composition.
Figure 21 shows the extent of precipitation of Ca 2+ and Mg 2+ at various NMC final precipitation pH. Initial 50 mg/L Ca + 200 mg/L Mg in solution. NMC ratios were increased from 6:2:2 to 6:3:2 and 6:4 using an initial 0.12 mol/L Ni, 0.02 mol/L Co, and x mol/L Mn (x=0.02, 0.04, and 0.06) in solution. :Change it to 2.
Figure 22 shows precipitation percentages of Ni 2+ , Co 2+ and Mn 2+ at various NMC final precipitation pHs. The NMC ratio was increased from 6:2:2 (solid red dots) to 6:3: Change to 2 (red circle) and 6:4:2 (red rectangle).
Figure 23 depicts leaching recovery from a laterite ore sample according to one embodiment of the invention.
Figure 24 depicts recovery from NMC precipitation to solids of a laterite ore leach solution adjusted according to an embodiment of the invention.
Figure 25 depicts the leaching recovery from sulfuric acid leaching of MSP into solution according to an embodiment of the invention.
Figure 26 depicts recovery of solids from NMC precipitation of a sulfide concentrated leaching solution adjusted according to an embodiment of the invention.
Figure 27 depicts the leaching recovery from sulfuric acid leaching of blended cobalt concentrate/black mass into solution according to an embodiment of the present invention.

이제 본 발명의 예시적인 방법이 도 1 내지 27을 참조하여 논의될 것이다.Exemplary methods of the present invention will now be discussed with reference to FIGS. 1-27.

본 발명의 니켈, 망간 및 코발트를 포함하는 공-침전물을 생성하는 첫 번째 예시적인 방법 (10)이 도 1에 예시되어 있다. 침전 방법은 주로 단계 (25) 이후에 관한 것이다.A first exemplary method 10 of producing a co-precipitate comprising nickel, manganese and cobalt of the present invention is illustrated in FIG. 1 . The precipitation method mainly concerns after step (25).

본 방법은 니켈, 코발트 및 망간을 포함하는 혼합물(15)을 pH 약 1 내지 6(20에서)의 수용액 중 환원제로 처리하는 단계를 포함한다. 혼합물(15)에서 니켈, 코발트 및/또는 망간의 일부는 산화된 상태이고, 환원제로 처리하면 산화된 니켈, 코발트 및/또는 망간의 적어도 일부가 환원되어 용해된 니켈, 코발트 및 망간을 포함하는 수용액이 제공된다.The method includes treating a mixture 15 comprising nickel, cobalt and manganese with a reducing agent in an aqueous solution at a pH of about 1 to 6 (at 20). In the mixture 15, a portion of the nickel, cobalt and/or manganese is in an oxidized state, and upon treatment with a reducing agent, at least a portion of the oxidized nickel, cobalt and/or manganese is reduced and dissolved in an aqueous solution containing nickel, cobalt and manganese. This is provided.

혼합물은 특히 PCT/AU2012/000058에 개시된 선택적 산 침출(SAL) 공정에서 얻은 습윤 여과 케이크이다(리튬이온 배터리의 니켈, 코발트 및 망간을 포함하는 음극 물질도 사용될 수 있지만). 대체로, 니켈, 코발트 및 망간을 포함하는 혼합 수산화물 침전물을 산화제를 포함하는 산성 용액과 코발트를 고체상으로 안정화시키는 한편 니켈은 산성 용액에 용해시키는 pH에서 접촉시킴으로써 습윤 여과 케이크를 수득하고; 이어서 산성 용액으로부터 고체상을 분리하고, 여기서 고체상은 적어도 니켈, 코발트 및 망간을 포함한다. 이러한 예시적인 구현양태에서, 고체상은 습윤 여과 케이크이다.The mixture is in particular a wet filtration cake obtained from the selective acid leaching (SAL) process disclosed in PCT/AU2012/000058 (although cathode materials containing nickel, cobalt and manganese from lithium-ion batteries can also be used). In general, a wet filter cake is obtained by contacting a mixed hydroxide precipitate comprising nickel, cobalt and manganese with an acidic solution containing an oxidizing agent at a pH that stabilizes the cobalt in the solid phase while dissolving the nickel in the acidic solution; The solid phase is then separated from the acidic solution, where the solid phase contains at least nickel, cobalt and manganese. In this exemplary embodiment, the solid phase is a wet filtration cake.

침출제 및 환원제를 사용한 처리 단계에서, 습윤 여과 케이크는 산화된 형태의 코발트, 니켈 및/또는 망간, 즉 Co(III), Co(IV), Mn(III), Mn(IV), Mn(VII), Ni(III) 또는 Ni(IV)을 포함할 수 있다. 그러나 이 물질은, 예를 들어 Co(II), Mn(II) 또는 Ni(II) 형태의 상당량의 비산화되거나 환원된 코발트, 망간 또는 니켈을 함유할 수도 있다. 환원된 코발트, 망간 및 니켈은 산화된 형태보다 pH 1 내지 6의 수용액에 훨씬 더 잘 용해된다.In the treatment steps using leaching and reducing agents, the wet filter cake is exposed to oxidized forms of cobalt, nickel and/or manganese, i.e. Co(III), Co(IV), Mn(III), Mn(IV), Mn(VII). ), Ni(III), or Ni(IV). However, this material may also contain significant amounts of unoxidized or reduced cobalt, manganese or nickel, for example in the form of Co(II), Mn(II) or Ni(II). Reduced cobalt, manganese and nickel are much more soluble in aqueous solutions at pH 1 to 6 than their oxidized forms.

처리 단계가 수행되면, pH는 시간이 지남에 따라 감소할 수 있다. 처리 단계를 수행하기 위한 바람직한 pH는 약 3-4의 최종 pH였으며(더 공격적인 조건에서는 약 2-3의 최종 pH가 적합할 수 있다), 처리 단계를 통해 pH는 추가 침출제 또는 염기 첨가를 통해 이 pH로 조절되었다. 바람직한 침출제는 황산이었지만 염산, 질산 또는 유기산이 적합할 수 있다. 처리 단계의 환원제는 바람직하게는 이산화황 기체인데, 이는 코발트, 망간 및 니켈을 환원시키기에 충분히 강하고 수용액에 추가 불순물을 도입하지 않기 때문이다. 코발트, 니켈 및/또는 망간의 환원을 제어하기 위해 처리 단계에서 환원제의 첨가를 제어하였다. 처리 단계는 기체 손실을 제어하기 위해 밀봉된 용기에서 수행되었다. 혼합물 중의 산화된 코발트, 산화된 망간 및 산화된 니켈의 합한 몰수에 대해 약 1 화학양론적 당량의 환원제를 사용하여 환원제를 제어된 방식으로 첨가하였다. 처리 단계는 약 80℃ 내지 약 95℃의 온도에서 약 2시간 동안 교반하면서 수행하거나, 약 55℃의 온도에서 약 1-5시간 동안 교반하면서 수행하였다.As treatment steps are performed, the pH may decrease over time. The preferred pH for performing the treatment steps was a final pH of about 3-4 (under more aggressive conditions a final pH of about 2-3 may be suitable), with the pH being adjusted through the treatment steps through addition of additional leaching agent or base. was adjusted to this pH. The preferred leaching agent is sulfuric acid, but hydrochloric acid, nitric acid or organic acids may be suitable. The reducing agent in the treatment step is preferably sulfur dioxide gas, as it is sufficiently strong to reduce cobalt, manganese and nickel and does not introduce additional impurities into the aqueous solution. The addition of reducing agent was controlled in the treatment step to control the reduction of cobalt, nickel and/or manganese. Processing steps were performed in sealed containers to control gas loss. The reducing agent was added in a controlled manner using approximately 1 stoichiometric equivalent of reducing agent for the combined moles of oxidized cobalt, oxidized manganese and oxidized nickel in the mixture. The treatment step was carried out with stirring at a temperature of about 80°C to about 95°C for about 2 hours, or at a temperature of about 55°C with stirring for about 1-5 hours.

처리 단계 (20) 후, 본 발명의 수성 공급 용액을 나타내는 수용액은 용해된 니켈, 코발트 및 망간과, 또한 비소, 알루미늄, 바륨, 카드뮴, 탄소, 크롬, 구리, 납, 규소, 암모늄, 아황산염, 불소, 불화물, 염화물, 티타늄, 아연, 스칸듐 및 지르코늄; 특히 알루미늄, 구리 및 철(예를 들어, 블랙 매스에서 유래된 물질로 시작하는 경우) 또는 아연, 칼슘 및 마그네슘(또한 철과 알루미늄)(예를 들어, MHP에서 유래된 물질로 시작하는 경우)과 같은 불순물을 포함했다. 수용액은 또한 알루미늄, 바륨, 카드뮴, 탄소, 크롬, 구리, 납, 규소, 불소, 티타늄, 아연 및 지르코늄과 같은 불순물을 포함하는 동반 고체를 포함했다.After the treatment step (20), the aqueous solution representing the aqueous feed solution of the present invention contains dissolved nickel, cobalt and manganese, and also arsenic, aluminum, barium, cadmium, carbon, chromium, copper, lead, silicon, ammonium, sulfite and fluorine. , fluoride, chloride, titanium, zinc, scandium and zirconium; In particular aluminum, copper and iron (e.g. if you start with black mass derived material) or zinc, calcium and magnesium (also iron and aluminum) (e.g. if you start with MHP derived material) Contains the same impurities. The aqueous solution also contained accompanying solids including impurities such as aluminum, barium, cadmium, carbon, chromium, copper, lead, silicon, fluorine, titanium, zinc and zirconium.

처리 단계 (20)의 완료 후, 용해된 니켈, 코발트 및 망간을 포함하는 수용액으로부터 하나 이상의 불순물이 제거되었다. 처리 단계 (20)에서 동반된 고체와 함께 액체를 경사분리/여과(25)를 위해 침강 용기로 통과시켜 액체에서 고체를 제거했다. 침강 용기에서 제거된 고체를 처리 단계 (20)으로 되돌렸다. 침강 용기에서 제거된 액체를 (35)에서 불순물을 제거하기 위해 추가로 처리했다. 액체로부터 제거되는 예시적인 불순물은 철, 구리, 아연 및 알루미늄을 포함할 수 있고, 이는 침전 및/또는 이온 교환 분리 기술을 사용하여 달성될 수 있다. 예를 들어, 이온 교환은 적어도 일부 아연을 제거하는 데 도움이 될 수 있다.After completion of treatment step 20, one or more impurities have been removed from the aqueous solution comprising dissolved nickel, cobalt and manganese. In the treatment step (20) the liquid together with the entrained solids was passed through a settling vessel for decanting/filtration (25) to remove the solids from the liquid. The solids removed from the settling vessel were returned to treatment step (20). The liquid removed from the settling vessel was further treated to remove impurities in (35). Exemplary impurities removed from the liquid may include iron, copper, zinc, and aluminum, which may be accomplished using precipitation and/or ion exchange separation techniques. For example, ion exchange can help remove at least some of the zinc.

불순물의 제거 및/또는 분리 후, 니켈, 코발트 및 망간은 (40)에서 수용액으로부터 공-침전되었다. 그러나 공-침전 전에, 니켈, 코발트 및 망간의 비율을 원하는 비율로 조정하거나 공-침전물에 원하는 비율을 제공하기 위해 추가의 코발트, 니켈 및/또는 망간을 첨가할 수 있다. 예시적인 비율은 1:1:1의 니켈:코발트:망간이다. 첨가된 코발트, 망간 및 니켈은 CoSO4, NiSO4 및/또는 MnSO4 또는 기타 코발트, 망간 및 니켈 함유 화합물의 형태일 수 있다.After removal and/or separation of impurities, nickel, cobalt, and manganese co-precipitated from aqueous solution in (40). However, prior to co-precipitation, the ratios of nickel, cobalt and manganese can be adjusted to the desired ratio or additional cobalt, nickel and/or manganese can be added to provide the desired ratio in the co-precipitate. An exemplary ratio is 1:1:1 nickel:cobalt:manganese. The added cobalt, manganese and nickel may be in the form of CoSO 4 , NiSO 4 and/or MnSO 4 or other cobalt, manganese and nickel containing compounds.

(40)에서의 공-침전 단계는 용해된 니켈, 코발트 및 망간을 포함하는 용액의 pH를 조정함으로써 수행될 수 있으며, 바람직하게는 용액의 pH를 약 7.5 내지 약 8.6으로 조정함으로써 수행될 수 있다. 이 pH 범위는 더 높은 pH 범위를 사용하는 경우보다 예를 들어 마그네슘 및/또는 칼슘의 염과 같은 원치 않는 불순물의 공-침전 또는 포함이 적게되는 것으로 밝혀졌다. 이 단계는 80℃ 및 대기압에서 수행되었다. 니켈, 코발트, 망간은 수산화물 형태로 공-침전되었다. 0.5% NH3 용액을 사용한 2단계 재현탁 세척을 사용할 수 있다.The co-precipitation step in (40) can be performed by adjusting the pH of the solution containing dissolved nickel, cobalt and manganese, preferably by adjusting the pH of the solution to about 7.5 to about 8.6. . This pH range has been found to result in less co-precipitation or incorporation of unwanted impurities, for example salts of magnesium and/or calcium, than when using higher pH ranges. This step was performed at 80°C and atmospheric pressure. Nickel, cobalt, and manganese were co-precipitated in the form of hydroxides. A two-step resuspension wash using 0.5% NH 3 solution can be used.

이어서 침전물은, 예를 들어 (45)에서 경사분리 또는 여과를 통해 액체로부터 분리되었다. 유리하게는, 나트륨, 칼륨, 마그네슘, 칼슘, 및 황산염과 같은 일부 불순물이 용액에 남아 있었기 때문에 공-침전 단계를 통해 추가 불순물이 제거된다. (55)에서 니켈, 망간 또는 코발트 회수를 위해 액체를 추가로 처리(예를 들어, 침전 또는 이온 교환)하고, 고체를 세척하여 추가 불순물을 제거한 다음 리튬과 혼합하고 (50)에서 하소했다. 하소된 생성물을 사용하여 새 배터리의 음극 활성 물질(CAM)로 사용되는 NMC 물질을 제공할 수 있다.The precipitate was then separated from the liquid by decanting or filtration, for example in (45). Advantageously, since some impurities such as sodium, potassium, magnesium, calcium, and sulfate remained in solution, further impurities are removed through the co-precipitation step. The liquid was further processed (e.g., precipitation or ion exchange) for nickel, manganese, or cobalt recovery in (55), and the solid was washed to remove additional impurities, then mixed with lithium and calcined in (50). The calcined product can be used to provide NMC material for use as the cathode active material (CAM) in new batteries.

유사한 방법(110)이 도 2에 도시되어 있다. 유사한 번호는 유사한 특징을 나타낸다. 그러나 도 2에 설명된 방법에는 임의의 사전-세척이 포함된다. 이는 약 3.5의 시작 pH(세척이 진행됨에 따라 pH가 증가)에서 약산 침출 용액을 사용하여 세척하여 약 10% 고체를 포함하는 용액을 생성할 수 있다. 이러한 사전-세척을 통해 아연, 마그네슘 및 칼슘의 적어도 일부를 제거할 수 있다.A similar method 110 is shown in Figure 2. Similar numbers indicate similar characteristics. However, the method described in Figure 2 includes optional pre-washing. This can be washed using a mild acid leaching solution at a starting pH of about 3.5 (the pH increases as the wash progresses) to produce a solution containing about 10% solids. This pre-washing can remove at least some of the zinc, magnesium and calcium.

도 1에 도시된 것과 대조적으로, 도 2에 도시된 방법은 또한 아래에서 더 설명되는 바와 같이 역류 설정을 사용한다. 도 2에서는 2개의 혼합 용기(120a, 120b)와 2개의 침강 용기(125a, 125b)가 사용된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 니켈, 코발트 및 망간을 포함하는 혼합물을 제1 혼합 용기(120a)의 수용액에 첨가하고 교반한다. 용액(동반된 고체 포함)은 제1 혼합 용기 액체 출구를 통해 제1 혼합 용기(120a)에서 나가고, 제1 침강 용기 액체 입구를 통해 제1 침강 용기(125a)로 들어간다. 제1 침강 용기(125a)는 용기의 상부에 액체의 출구를 제공하는 상부 출구와, 용기의 하부에 침강된 고체의 출구를 제공하는 하부 출구를 적어도 포함한다. 상부 출구를 통해 제1 침강 용기에서 나가는 액체는 (135)에서 용액 중의 액체 불순물이 분리되는 단계로 진행된다. 하부 출구를 통해 제1 침강 용기(125a)에서 나가는 액체/고체는 제2 혼합 용기 입구을 통해 제2 혼합 용기(120b)로 유입된다. 교반되는 제2 혼합 용기(120b)에 환원제(105) 및 침출제(108)를 첨가하였다. 용액(동반된 고체 포함)은 제2 혼합 용기 액체 출구를 통해 제2 혼합 용기(120b)에서 나가고, 제2 침강 용기 액체 입구를 통해 제2 침강 용기(125b)로 들어간다. 제2 침강 용기(125b)는 적어도 용기의 상부에 액체의 출구를 제공하는 상부 출구와, 용기의 하부에 침강된 고체의 출구를 제공하는 하부 출구를 포함한다. 상부 출구를 통해 제2 침강 용기에서 나가는 액체는 제1 혼합 용기(120a)의 입구로 흘러갔다. 하부 출구를 통해 제2 침강 용기에서 나오는 액체/고체는, 예를 들어 스크류 프레스를 통과한 후 (130)에서 폐기된다. 이러한 배열의 장점은 니켈, 코발트 및 망간이 공-침전되는 용액에 남아 있는 산 및 환원제의 양을 최소화한다는 것이다. 또한 올바른 조건을 유지하여 제1 혼합 용기에 들어 있는 철의 양을 최소화했다.In contrast to that shown in Figure 1, the method shown in Figure 2 also uses a counter-flow setup, as described further below. In Figure 2, two mixing vessels (120a, 120b) and two settling vessels (125a, 125b) are used. As shown in FIG. 2, a mixture containing nickel, cobalt, and manganese is added to the aqueous solution in the first mixing vessel 120a and stirred. Solution (including entrained solids) leaves the first mixing vessel 120a through the first mixing vessel liquid outlet and enters the first settling vessel 125a through the first settling vessel liquid inlet. The first settling vessel 125a includes at least an upper outlet providing an outlet for liquid at the top of the vessel and a lower outlet providing an outlet for settled solids at the bottom of the vessel. The liquid leaving the first settling vessel through the upper outlet proceeds to a stage at 135 where liquid impurities in solution are separated. Liquid/solid leaving the first settling vessel 125a through the lower outlet flows into the second mixing vessel 120b through the second mixing vessel inlet. The reducing agent 105 and the leaching agent 108 were added to the stirred second mixing vessel 120b. Solution (including entrained solids) leaves the second mixing vessel 120b through the second mixing vessel liquid outlet and enters the second settling vessel 125b through the second settling vessel liquid inlet. The second settling vessel 125b includes at least an upper outlet providing an outlet for liquid at the top of the vessel and a lower outlet providing an outlet for settled solids at the bottom of the vessel. Liquid exiting the second settling vessel through the upper outlet flowed to the inlet of the first mixing vessel 120a. The liquid/solids leaving the second settling vessel through the lower outlet are disposed of at 130, for example after passing through a screw press. The advantage of this arrangement is that it minimizes the amount of acid and reducing agent remaining in the solution from which nickel, cobalt and manganese are co-precipitated. Additionally, the correct conditions were maintained to minimize the amount of iron in the first mixing vessel.

도 1과 마찬가지로, (115)에서 혼합물은 특히 PCT/AU2012/000058에 개시된 선택적 산 침출(SAL) 공정에서 얻은 습윤 여과 케이크이다(리튬이온 배터리로부터의 니켈, 코발트, 망간을 포함하는 음극 물질이 사용할 수 있지만). SAL 공정은 코발트, 망간, 니켈의 산화 상태와 마찬가지로 위에서 자세히 논의되었다.As in Figure 1, the mixture at 115 is a wet filtration cake obtained in particular from the selective acid leaching (SAL) process disclosed in PCT/AU2012/000058 (cathode materials containing nickel, cobalt and manganese from lithium-ion batteries can be used). Although you can). The SAL process was discussed in detail above, as were the oxidation states of cobalt, manganese, and nickel.

다시 한번, 처리 단계를 수행하기 위한 바람직한 pH는 약 3의 pH였으며, 혼합 용기(120a, 120b) 및 침강 용기(125a, 125b)의 처리 단계를 통해 pH는 추가 침출제 또는 염기의 첨가를 통해 이 pH로 제어되었다. 바람직한 침출제는 황산이었지만, 염산이나 질산이 적합할 수도 있다. 처리 단계에서 환원제는 바람직하게는 이산화황 기체인데, 이는 코발트, 망간 및 니켈을 환원시키기에 충분히 강하고 수용액에 추가 불순물을 도입하지 않기 때문이다. 코발트, 니켈 및/또는 망간의 환원을 제어하고 환원제의 활용을 최적화하기 위해 처리 단계에서 환원제의 첨가를 제어했다. 처리 단계는 기체 손실을 제어하기 위해 밀봉된 용기에서 수행되었다(이것은 환기되고 배출기체 세정이 필요하다). 혼합물 중의 산화된 코발트, 산화된 망간 및 산화된 니켈의 합한 몰수에 대해 약 1의 화학양론적 당량의 환원제를 사용하여 환원제를 제어된 방식으로 첨가하였다. 처리 단계는 약 55℃의 온도에서 약 1-5시간 동안 교반하면서 수행하였다.Once again, the preferred pH for performing the treatment steps was a pH of about 3, and throughout the treatment steps in mixing vessels 120a, 120b and settling vessels 125a, 125b the pH was adjusted to this level through the addition of additional leaching agent or base. Controlled by pH. The preferred leaching agent was sulfuric acid, but hydrochloric acid or nitric acid may also be suitable. The reducing agent in the treatment step is preferably sulfur dioxide gas, as it is sufficiently strong to reduce cobalt, manganese and nickel and does not introduce additional impurities into the aqueous solution. The addition of reducing agent was controlled during the processing steps to control the reduction of cobalt, nickel and/or manganese and optimize the utilization of the reducing agent. Processing steps were performed in sealed vessels to control gas losses (which required ventilation and off-gas scrubbing). The reducing agent was added in a controlled manner using approximately 1 stoichiometric equivalent of reducing agent for the combined moles of oxidized cobalt, oxidized manganese and oxidized nickel in the mixture. The treatment step was carried out with stirring at a temperature of about 55° C. for about 1-5 hours.

처리 단계(120a, 120b) 후, 수용액은 용해된 니켈, 코발트 및 망간뿐만 아니라 알루미늄, 바륨, 카드뮴, 탄소, 크롬, 구리, 납, 규소, 불소, 티타늄, 아연 및 지르코늄과 같은 불순물도 포함했다. 수용액은 또한 알루미늄, 바륨, 카드뮴, 탄소, 크롬, 구리, 납, 규소, 불소, 티타늄, 아연 및 지르코늄과 같은 불순물을 포함하는 동반 고체를 포함했다.After treatment steps 120a and 120b, the aqueous solution contained dissolved nickel, cobalt and manganese, as well as impurities such as aluminum, barium, cadmium, carbon, chromium, copper, lead, silicon, fluorine, titanium, zinc and zirconium. The aqueous solution also contained accompanying solids including impurities such as aluminum, barium, cadmium, carbon, chromium, copper, lead, silicon, fluorine, titanium, zinc and zirconium.

제1 침강 용기(125a)에서 제거된 액체는 (135)에서 추가로 처리되어 불순물을 제거했다. 액체에서 제거된 예시적인 불순물에는 철, 구리, 아연 및 알루미늄이 포함될 수 있으며, 이는 침전 및/또는 이온 교환 분리 기술을 사용하여 달성될 수 있다. The liquid removed from the first settling vessel 125a was further processed at 135 to remove impurities. Exemplary impurities removed from the liquid may include iron, copper, zinc, and aluminum, which may be accomplished using precipitation and/or ion exchange separation techniques.

불순물의 제거 및/또는 분리 후, 니켈, 코발트 및 망간은 (140)에서 수용액으로부터 공-침전되었다. 그러나 공-침전 전에, 추가적인 코발트, 니켈 및/또는 망간을 첨가하여 도 1에 대해 위에서 설명한 것처럼 니켈, 코발트 및 망간의 비율을 원하는 비율로 조정할 수 있다. (140)에서의 공-침전 단계는 도 1에 대해 위에서 설명한 것과 같다.After removal and/or separation of impurities, nickel, cobalt and manganese co-precipitated from aqueous solution at (140). However, prior to co-precipitation, additional cobalt, nickel and/or manganese can be added to adjust the ratios of nickel, cobalt and manganese to the desired ratio as described above with respect to Figure 1. The co-precipitation step in (140) is the same as described above for Figure 1.

이어서, 예를 들어 경사분리 또는 여과를 통해 침전물을 액체로부터 분리하였다. (155)에서 니켈, 망간 또는 코발트 회수를 위해 액체를 추가로 처리(예를 들어, 침전 또는 이온 교환)하고, (150)에서 고체를 세척하여 추가 불순물을 제거한 다음 리튬과 혼합하고 하소했다. 하소된 생성물을 사용하여 새 배터리의 음극 활성 물질(CAM)로 사용되는 NMC 물질을 제공할 수 있다.The precipitate is then separated from the liquid, for example by decanting or filtration. The liquid was further processed (e.g., precipitation or ion exchange) for nickel, manganese, or cobalt recovery in (155), and the solid was washed to remove additional impurities in (150) and then mixed with lithium and calcined. The calcined product can be used to provide NMC material for use as the cathode active material (CAM) in new batteries.

추가 구현양태에서, 도 10 또는 11에 요약된 방법은 불순물 분리/공-침전 단계 전에 도 1 및 2에 요약된 방법에 사용될 수 있다. 이들 방법에서, 산화된 니켈, 코발트, 망간 물질(201)(도 10) 또는 환원된 니켈, 코발트, 망간 물질(251)(도 11)은 산(203/253), 임의로 물(205/255), 및 산화제(207) 또는 환원제(257)(출발 물질에 따라 다름)로 처리되어 pH를 약 1 내지 약 6 또는 약 1 및 약 7로 만든다. 침출 용기(210/260)에서 생성된 용액을 침출시킨 후, 침출수는 여과(215/265)되고 불순물 고체(218/268)가 제거될 수 있다. 이에 따라, 침출수는 처리 용기(220/270)(참고: 침출 용기(210/260)는 처리 용기(220/270)와 동일할 수 있다)를 통과하고 산화제(222)(산화된 NMC 물질(201)로 시작하는 경우) 또는 환원제(272)(환원된 NMC 물질 (251)로 시작하는 경우)를 첨가하여 침출수에 남아 있는 과잉 환원제(207) 또는 산화제(257)을 중화한다. 염기(224/274)는 또한 pH를 증가시키기 위해 첨가될 수 있다(예를 들어, 침출 용기의 용액은 약 3의 pH일 수 있고, 처리 용기의 용액은 약 6의 pH일 수 있다). 결과적으로, 일부 물질이 처리 용기(220/270)에 침전될 수 있으며, 이는 이후 여과(230/280)되어 불순물 고체(232/282) 및 NMC 용액(234/284)을 제공할 수 있다.In a further embodiment, the method outlined in Figures 10 or 11 may be used in the method outlined in Figures 1 and 2 prior to the impurity separation/co-precipitation step. In these methods, the oxidized nickel, cobalt, manganese material 201 (Figure 10) or the reduced nickel, cobalt, manganese material 251 (Figure 11) is dissolved in acid (203/253), optionally water (205/255). , and an oxidizing agent 207 or a reducing agent 257 (depending on the starting material) to bring the pH to about 1 to about 6 or about 1 and about 7. After leaching the resulting solution in the leaching vessel 210/260, the leachate may be filtered 215/265 and impurity solids 218/268 removed. Accordingly, the leachate passes through the treatment vessel 220/270 (Note: the leach vessel 210/260 may be the same as the treatment vessel 220/270) and the oxidizer 222 (oxidized NMC material 201 ) or reducing agent 272 (if starting with reduced NMC material 251) is added to neutralize excess reducing agent 207 or oxidizing agent 257 remaining in the leachate. Base 224/274 may also be added to increase the pH (e.g., the solution in the leaching vessel may have a pH of about 3 and the solution in the processing vessel may have a pH of about 6). As a result, some material may settle in the processing vessel 220/270, which may then be filtered (230/280) to provide impure solids (232/282) and NMC solution (234/284).

방법의 예시적인 결과가 아래에 제공된다.Exemplary results of the method are provided below.

침출leaching

실시예 1Example 1 : MHP로부터 유래된 출발물질: Starting material derived from MHP

산 사전-세척Acid pre-wash

본 실험에서는 파일럿 플랜트(Brisbane Metallurgy Laboratories)에서 유래한 코발트 농축물을 사용했다. 코발트 농축물은 전체 용해 및 용액 검정(%)을 기준으로 다음과 같은 원소 조성을 가졌다: 61.5 Ni, 18.3 Mn, 15.0 Co, 1.6 Na, 0.9 Zn, 0.9 Mg, 0.7 Fe, 0.4 Cu, 0.4 Al, 0.2 Ca. 이 코발트 농축물은 혼합 수산화물 침전물(MHP - 고체 혼합 니켈-코발트 수산화물 침전물)을 사용하는 SAL 공정에서 제조되었다. MHP를 코발트가 고체상으로 안정화되고 니켈이 산성 용액에 용해되는 pH에서 산화제를 포함하는 산성 용액과 접촉시키고; 그 다음 니켈, 코발트 및 망간을 포함하는 고체상은 산성 용액으로부터 분리되었다.In this experiment, cobalt concentrate from a pilot plant (Brisbane Metallurgy Laboratories) was used. The cobalt concentrate had the following elemental composition based on total dissolution and percent solution assay: 61.5 Ni, 18.3 Mn, 15.0 Co, 1.6 Na, 0.9 Zn, 0.9 Mg, 0.7 Fe, 0.4 Cu, 0.4 Al, 0.2 Ca. This cobalt concentrate was prepared in the SAL process using mixed hydroxide precipitate (MHP - solid mixed nickel-cobalt hydroxide precipitate). contacting the MHP with an acidic solution containing an oxidizing agent at a pH where the cobalt is stabilized in the solid phase and the nickel is soluble in the acidic solution; The solid phase containing nickel, cobalt and manganese was then separated from the acidic solution.

코발트 농축물을 약산으로 세척하여 비말동반 용액 및 잔류 수산화니켈과 관련된 불순물 함량을 줄였다. 여과 시 고체의 높은 용액 보유로 인해 이 실시예에서는 재슬러리 세척과 가압 여과기를 사용한 치환 세척을 조합하여 사용했다.The cobalt concentrate was washed with mild acid to reduce the impurity content associated with the entrained solution and residual nickel hydroxide. Due to the high solution retention of solids upon filtration, a combination of re-slurry wash and displacement wash using a pressure filter was used in this example.

이 공정에서, 코발트 농축물(180g 건조 고체)을 먼저 실온에서 5g/L H2SO4와 혼합하여 20 wt% 고체를 갖는 슬러리를 생성했다. 다음으로 슬러리를 가압 여과로 세척하고; (i) 약 200 mL의 용액이 회수된 후 여과를 중단하고; (ii) 여과기를 감압하고 1g/L H2SO4 200 mL를 여과기에 첨가한 후 여과를 재개했다. 총 1L의 1g/L H2SO4가 여과기에 첨가될 때까지 단계 (i)와 (ii)를 반복했다. 남은 용액을 여과하고 약 200 mL의 배치로 수집했다. 마지막 용액이 회수된 후, 30분 동안 여과기를 통해 공기를 불어넣었다.In this process, cobalt concentrate (180 g dry solids) was first mixed with 5 g/LH 2 SO 4 at room temperature to produce a slurry with 20 wt % solids. The slurry was then washed by pressure filtration; (i) stop filtration after about 200 mL of solution has been recovered; (ii) The filter was depressurized, 200 mL of 1g/LH 2 SO 4 was added to the filter, and filtration was resumed. Steps (i) and (ii) were repeated until a total of 1 L of 1 g/LH 2 SO 4 was added to the filter. The remaining solution was filtered and collected in batches of approximately 200 mL. After the last solution was withdrawn, air was blown through the filter for 30 minutes.

표 1, 2 및 도 3에 나타난 바와 같이, 이 공정은 침출되는 고체의 Ca(93%) 및 Mg(93%) 함량을 줄이는 데 효과적이었으며, Ni 및 Zn(60%)에 대해서는 중간 정도의 효과가 있었다. 용액에 대한 Co 및 Mn 손실은 무시할 수 있을 정도였다(180g 건조 고체 공급물 중 <10 mg 손실). Fe는 없고 Cu는 최소한으로 씻겨나갔다. 1L 산 세척 용액의 마지막 500 mL에는 용해된 금속이 거의 포함되어 있지 않다.As shown in Tables 1, 2 and Figure 3, this process was effective in reducing the Ca (93%) and Mg (93%) contents of the leached solids, with moderate effectiveness for Ni and Zn (60%). There was. Co and Mn losses to solution were negligible (<10 mg loss in 180 g dry solids feed). Fe was absent and Cu was minimally washed away. The last 500 mL of 1 L acid wash solution contains virtually no dissolved metals.

표 1: 산 사전-세척 단계의 결과 - 코발트 농축 출발 물질 및 산 사전-세척된 코발트 여과 케이크 Table 1 : Results of the acid pre-wash step - cobalt concentrated starting material and acid pre-washed cobalt filtration cake

표 2: 산 사전-세척한 코발트 여과 케이크에서 세척된 미네랄 비율(코발트 농축물의 미네랄 대비) Table 2 : Percentage of minerals washed in acid pre-cleaned cobalt filtration cake (compared to minerals in cobalt concentrate)

환원제 및 산 처리Reducing agent and acid treatment

세척된 코발트 농축물을 5 wt%로 슬러리화하고, 가열하고, SO2를 반응기 내로 버블링하여 실험 종료점으로 설정된 pH 4로 고체를 환원시켰다. 이 종료점은 불순물 원소에 대해 어느 정도 선택성을 갖고 이전 테스트에서 양호한 회수를 보여주었기 때문에 선택되었다. 계산 착오로 인해 초기 SO2 유량이 너무 낮아 실험을 완료시키기 위해 증가시켜야 했다.The washed cobalt concentrate was slurried to 5 wt%, heated, and SO 2 was bubbled into the reactor to reduce the solid to pH 4, which was set as the end point of the experiment. This endpoint was chosen because it had some selectivity for impurity elements and showed good recovery in previous tests. Due to a calculation error, the initial SO 2 flow rate was too low and had to be increased to complete the experiment.

이 공정에서, 세척된 코발트 농축물을 먼저 탈이온수 내 5% 고체로 슬러리화하고 55℃로 가열했다. 다음으로, 12 mL/분의 SO2를 5시간 동안 슬러리에 버블링했다. 이어서, 용액 pH가 4에 도달할 때까지 SO2 유속을 추가 110분 동안 36 mL/분으로 증가시켰다. 마지막으로, 슬러리를 여과하여 용액(여과액)을 회수했다.In this process, the washed cobalt concentrate was first slurried with 5% solids in deionized water and heated to 55°C. Next, 12 mL/min SO 2 was bubbled into the slurry for 5 hours. The SO 2 flow rate was then increased to 36 mL/min for an additional 110 minutes until the solution pH reached 4. Finally, the slurry was filtered and the solution (filtrate) was recovered.

표 3 및 도 4a 및 4b에 나타난 바와 같이, 환원제 및 산을 사용한 처리는 목표 금속(Ni, Mn 및 Co)의 >90%를 회수했다. SO2를 천천히 첨가하면 종료점 근처까지 Al, Cu 및 Fe에 대해 선택적으로 목표 금속의 침출이 가능해졌다. Ca 및 Mg는 목표 원소보다 빠르게 침출되었지만, 공급 고형물의 효과적인 산 세척으로 인해 최종 용액 농도는 낮았다(<30 mg/L).As shown in Table 3 and Figures 4a and 4b, treatment with reducing agents and acids recovered >90% of the target metals (Ni, Mn and Co). Slow addition of SO 2 enabled selective leaching of target metals for Al, Cu, and Fe until near the end point. Ca and Mg leached faster than the target elements, but final solution concentrations were low (<30 mg/L) due to effective pickling of the feed solids.

표 3: 산성 조건에서 환원제를 사용한 처리 분석 Table 3 : Analysis of treatments using reducing agents under acidic conditions

이론에 얽매이기를 바라지 않고, 본 발명자들은 초기에 SO2와 물의 산 생성 반응이 Co3+ 및 Mn4+ 수산화물의 환원에 의해 압도되어 pH가 증가한다고 믿는다. 대부분의 환원이 대부분 완료되면 pH는 pH 5 근처에서 2가 수산화물의 용해에 의해 완충될 때까지 떨어지고, 용액으로의 회수율이 최대에 가까워짐에 따라 더욱 낮아진다.Without wishing to be bound by theory, the inventors believe that initially the acid forming reaction of SO 2 and water is overwhelmed by the reduction of Co 3+ and Mn 4+ hydroxides, causing an increase in pH. Once most of the reduction is largely complete, the pH drops until it is buffered by dissolution of the divalent hydroxide around pH 5, and falls further as recovery into solution approaches maximum.

환원 종료Giving back ends

이전 단락의 여과액을 80℃에서 산 세척된 코발트 농축물(산화제로서)과 접촉시켜 용액에 용해되어 남아 있는 SO2를 모두 소비하고 철을 침전시켰다. 이온 교환(IX)에서 예상되는 Mn 손실을 상쇄하면서 pH를 증가시키고 불순물 침전을 돕기 위해 MnCO3를 첨가했지만, 불순물 침전 반응에 따른 완충 효과로 인해 pH는 안정적으로 유지되었다(약 pH 4.8).The filtrate from the previous paragraph was contacted with acid washed cobalt concentrate (as an oxidizing agent) at 80° C. to consume any SO 2 remaining dissolved in solution and precipitate the iron. MnCO 3 was added to increase the pH and aid impurity precipitation while offsetting the expected Mn loss from ion exchange (IX), but the pH remained stable (approximately pH 4.8) due to the buffering effect of the impurity precipitation reaction.

이 공정에서, 먼저 여과액을 세척된 코발트 농축액으로 5% 고체(50 g)로 슬러리화하고 80℃로 가열했다. 1시간 후, MnCO3 13.8 g을 슬러리에 첨가하고, 8시간 후 슬러리를 여과하였다. 공정 중 이 단계의 pH 범위는 5.1-4.6이었다.In this process, the filtrate was first slurried with washed cobalt concentrate to 5% solids (50 g) and heated to 80°C. After 1 hour, 13.8 g of MnCO 3 was added to the slurry, and after 8 hours, the slurry was filtered. The pH range at this stage of the process was 5.1-4.6.

표 4 및 도 5a, 5b 및 5c에 예시된 바와 같이, 첨가된 MnCO3를 80℃에서 침출되지 않은 고체를 갖는 침출 용액과 접촉시키면 Al, Cu 및 Fe가 빠르게 제거된다(고체와 접촉한 지 몇 분 이내에). Ni 및 Co 농도는 초기에 Mn이 석출된 후 MnCO3 첨가 후 점차적으로 증가하면서 비교적 안정적으로 유지되었다.As illustrated in Table 4 and Figures 5a, 5b, and 5c, contact of added MnCO 3 with a leaching solution with unleached solids at 80°C results in rapid removal of Al, Cu, and Fe (within a few minutes of contact with the solids). within minutes). The Ni and Co concentrations remained relatively stable, with Mn initially precipitating and then gradually increasing after the addition of MnCO 3 .

표 4: 환원 단계의 시작과 종료 시 다양한 금속의 농도 Table 4 : Concentrations of various metals at the beginning and end of the reduction step.

MnCO3가 첨가되지 않은 이전 산화 테스트에서, 용액 중 Co, Ni 및 Zn 농도는 최종 Mn 농도가 훨씬 낮아지면서 모두 증가했다(이후 용해 없이 본 실험에서 나타난 침전과 유사). MnCO3 첨가에도 불구하고 pH는 상대적으로 안정적으로 유지되었다(고체 첨가 직후에는 5.04, 나머지 테스트에서는 4.67-4.87).In previous oxidation tests without the addition of MnCO 3 , the concentrations of Co, Ni and Zn in solution all increased with much lower final Mn concentrations (similar to the precipitation seen in this experiment without subsequent dissolution). Despite the MnCO 3 addition, the pH remained relatively stable (5.04 immediately after solid addition and 4.67-4.87 for the remainder of the test).

이온교환(IX)Ion exchange (IX)

이전 단락의 여과액을 Lewatit® VP OC 1026 거대다공성 이온 교환 수지(디-2-에틸헥실 포스페이트(D2EHPA)를 함유하는 스티렌 디비닐벤졸 공중합체 기반; 수지는 Lanxess, Cologne에서 구입가능)와 접촉시켰다. 이온 교환 수지와의 접촉은 40℃에서 두 단계로 수행되었다. pH 제어는 IX 접촉 전 0.1M H2SO4 및 1M NaOH를 사용하여 수행되었으며 목표 pH는 3.8-3.9였다. 수지를 10% H2SO4로 산 세척한 후 사용하기 전에 pH 3.5로 조절했다. 아래 다음 단락의 첨가는 세척 중 질량 변화를 고려하여 수령한 수지의 부피로 제공된다.The filtrate from the previous paragraph was contacted with Lewatit® VP OC 1026 macroporous ion exchange resin (based on styrene divinylbenzole copolymer containing di-2-ethylhexyl phosphate (D2EHPA); the resin is available from Lanxess, Cologne). . Contacting with the ion exchange resin was carried out in two steps at 40°C. pH control was performed using 0.1MH 2 SO 4 and 1M NaOH before IX contact and the target pH was 3.8-3.9. The resin was acid washed with 10% H 2 SO 4 and then adjusted to pH 3.5 before use. Additions in the following paragraphs below are given in volume of resin as received, taking into account mass changes during washing.

1. 여과액 250 mL를 병에 넣고 pH를 3.9로 조절했다.1. Put 250 mL of filtrate into a bottle and adjust the pH to 3.9.

2. 120 mL의 수지를 첨가하고, 병을 밀봉하고, 40℃에서 24시간 동안 병 롤러에 두었다.2. Add 120 mL of resin, seal the bottle and place it on a bottle roller at 40°C for 24 hours.

3. 수지를 여과하고 용액을 깨끗한 병에 첨가했다.3. The resin was filtered and the solution was added to a clean bottle.

4. pH를 3.8까지 조정하였다.4. The pH was adjusted to 3.8.

5. 120 mL의 수지를 첨가하고 병을 밀봉한 후 40℃에서 4시간 동안 병 롤러에 두었다.5. 120 mL of resin was added, the bottle was sealed, and placed on a bottle roller at 40°C for 4 hours.

6. 수지를 여과하고 용액을 회수하였다.6. The resin was filtered and the solution was recovered.

이전의 이온 교환(IX) 테스트에 기반하여, Zn 제거를 최대화하고 Mn 손실을 최소화하기 위해 최소한의 pH 제어로 40℃에서 직렬로 연결된 2개의 접촉을 선택했다. 표 5 및 6은 각 접촉 전후의 용액 검정 결과를 보여준다. 희석 보정 검정에서는 세척 및 조정으로 인해 수지에 남아 있는 용액을 고려한다. 두 접촉 모두 이전 실험에 비해 탁월한 Zn 제거율(87% 및 91%)을 보인 반면, Mn 손실은 완전히 완화되지 않았다(15% 및 16%). 일부 Al과 Ca도 제거되었으며(각각 누적 29% 및 32%) IX로 들어가는 Fe는 <1mg/L이다.Based on previous ion exchange (IX) tests, two contacts connected in series at 40 °C with minimal pH control were chosen to maximize Zn removal and minimize Mn loss. Tables 5 and 6 show the solution assay results before and after each contact. The dilution correction assay takes into account the solution remaining in the resin due to cleaning and conditioning. Both contacts showed excellent Zn removal rates (87% and 91%) compared to previous experiments, while Mn loss was not fully alleviated (15% and 16%). Some Al and Ca were also removed (cumulative 29% and 32%, respectively), and Fe entering IX was <1 mg/L.

표 5: 이온 교환 처리 중 다양한 금속의 농도 Table 5 : Concentrations of various metals during ion exchange treatment.

표 6: 이온 교환 결과, 수지 상의 다양한 금속 백분율 Table 6 : Ion exchange results, percentage of various metals on resin

실시예 2Example 2 : 리튬-이온 배터리 유래 출발 물질(블랙 매스): Lithium-ion battery derived starting material (black mass)

재료 및 장비materials and equipment

이 작업에 사용된 시약은 식품 등급 SO2 및 시약 등급 98% H2SO4였다. 사용된 블랙 매스 샘플의 조성은 표 7에 제공된다. 이 샘플은 파쇄되고 화학적 세척을 거친 리튬-이온 배터리로부터 얻어졌다.The reagents used in this work were food grade SO 2 and reagent grade 98% H 2 SO 4 . The composition of the black mass samples used is provided in Table 7. This sample was obtained from a lithium-ion battery that had been shredded and chemically cleaned.

표 7: 블랙 매스 샘플에서 주요 원소의 원소 농도 Table 7 : Elemental concentrations of major elements in black mass samples

모든 반응은 1.1L 배플 유리 반응기에서 완료되었다. 온도는 열전대 피드백 제어 기능이 있는 핫 플레이트로 유지되었다. 고전단 테플론 임펠러를 사용하여 800 RPM으로 설정된 오버헤드 교반기에 의해 교반을 달성했다. 기체 첨가 속도를 제어하기 위해 기체 유량계에 연결된 유리 살포 막대를 사용하여 기체를 살포했다. 반응 중에 최대 기체 분산을 보장하기 위해 스파저가 임펠러의 블레이드와 일치하는 일관된 수준으로 잠기도록 주의를 기울였다.All reactions were completed in a 1.1 L baffled glass reactor. The temperature was maintained by a hot plate with thermocouple feedback control. Agitation was achieved by an overhead stirrer set at 800 RPM using a high shear Teflon impeller. Gas was sparged using a glass sparging rod connected to a gas flow meter to control the rate of gas addition. Care was taken to ensure that the sparger was submerged at a consistent level consistent with the blades of the impeller to ensure maximum gas dispersion during the reaction.

방법론methodology

먼저 필요한 양의 블랙 매스를 칭량하여 반응기에 직접 넣었다. 이어서, 필요한 양의 물을 첨가하고 반응기를 반응 온도까지 가열하였다. 반응 온도에 도달하면 피펫팅을 통해 초기 샘플을 채취하고 밀봉된 주사기에서 실온으로 냉각했다. 일단 냉각되면 샘플을 주사기로 여과하고 질산으로 희석하여 과량의 샘플을 반응기로 되돌렸다. 적용가능한 경우, SO2 스파지와 산 펌프의 호스를 반응기에 삽입하고 타이밍을 시작했다. 초기 샘플에 대한 개요로서 샘플 방법론에 따라 실험에 의해 미리 결정된 시간 간격으로 샘플을 채취했다.First, the required amount of black mass was weighed and placed directly into the reactor. The required amount of water was then added and the reactor was heated to the reaction temperature. Once the reaction temperature was reached, initial samples were taken by pipetting and cooled to room temperature in sealed syringes. Once cooled, the sample was syringe filtered and diluted with nitric acid, returning excess sample to the reactor. If applicable, the hoses of the SO 2 sparge and acid pump were inserted into the reactor and timing was started. As an overview of the initial samples, samples were taken at time intervals predetermined by the experiment according to the sampling methodology.

반응 시간이 경과되면, 질량 균형을 위해 반응기의 무게를 측정하고 슬러리를 진공 여과했다. 이어서, 젖은 고체를 105℃에서 밤새 건조시키고, 용액을 유리병에 보관하였다.Once the reaction time had elapsed, the reactor was weighed for mass balance and the slurry was vacuum filtered. The wet solid was then dried at 105° C. overnight and the solution was stored in a glass bottle.

SO2 및 H2SO4 첨가 속도는 필요한 시간에 모든 Li, Ni, Mn 및 Co를 2가 상태로 반응시키기 위해 화학양론적 투여량의 100%를 투여하는 데 필요한 유량을 기준으로 계산되었다. 이는 Ni와 Co가 모두 3가로 존재하고 Mn이 4가로 존재한다고 가정한 것이다.SO 2 and H 2 SO 4 addition rates were calculated based on the flow rate required to administer 100% of the stoichiometric dose to react all Li, Ni, Mn, and Co to the divalent state in the required time. This assumes that both Ni and Co exist in trivalent form and that Mn exists in tetravalent form.

결과 - 샘플 유형의 영향Results - Impact of Sample Type

55℃에서 추가 산을 첨가하지 않고 환원제로서 SO2 기체만을 사용하여 4개의 상이한 블랙 매스 샘플을 처리했다. 이 조건은 코발트 농축 물질에 대해 수행된 이전에 완료된 환원 침출 테스트에 대한 비교 지점을 제공하기 때문에 초기 기준으로 선택되었다. 모든 테스트는 5% 고체 농도로 수행되었다. 샘플 질량을 보존하고 최종 용액에서 총 금속 농도를 약 0.2M로 목표로 하기 위해 5% 고체를 선택했다. 후속 NMC 침전 작업의 목표로 0.2M 금속 농도가 선택되었다. 수행된 테스트의 전체 실험 세부사항은 표 8에 제공된다.Four different black mass samples were treated using only SO 2 gas as reducing agent without adding additional acid at 55°C. These conditions were chosen as an initial baseline because they provide a point of comparison to previously completed reductive leaching tests performed on cobalt concentrate materials. All tests were performed at 5% solids concentration. 5% solids was chosen to preserve sample mass and target a total metal concentration of approximately 0.2 M in the final solution. A metal concentration of 0.2 M was chosen as the target for subsequent NMC precipitation operations. Full experimental details of the tests performed are provided in Table 8.

표 8: 실험 조건 요약 Table 8 : Summary of experimental conditions

표 7에 요약된 테스트에 대한 시간의 함수로서의 침출 정도 및 pH 프로파일이 도 6a-6d에 제시되어 있다. 이러한 결과를 비교하면 BMJ-B가 테스트된 다른 샘플보다 성능이 뛰어났음이 분명한다. BMJ-B는 본질적으로 매우 무정형이어서 결정성이 더 높은 샘플에 비해 훨씬 더 높은 반응성을 나타낸다. 본 발명자들은 이것이 샘플로부터 리튬의 제거에 의해 야기될 가능성이 있다고 믿고 있다. 이 물질은 탈리튬화되어 결정 구조를 파괴하여 샘플을 비정질로 만들었다. 그 결과 동역학이 더욱 빨라져 5시간 안에 90% 이상의 코발트 회수율을 달성했다. 캐나다 샘플(BMC)는 불순물이 가장 많았고 모든 샘플 중에서 전처리가 가장 적었다. BMC는 코발트 회수 측면에서 유사하게 수행했지만 니켈 회수율은 75%에 그쳤다. 본 발명자들은 이 샘플의 향상된 성능이 환원제로서 작용하여 회수율을 향상시킬 수 있는 금속 불순물(Al, Cu 및 Fe 금속)의 농도가 높아짐에 따른 것으로 예상된다고 믿는다. BMJ-A와 한국 샘플(BMK)는 모두 순수하고 결정성이 높은 샘플이었으며 둘 다 5시간 안에 Ni, Co, Mn의 회수율이 50%에 불과했다. 이를 감안할 때 BMK는 충분한 샘플 질량을 갖고 가장 침출하기 어려운 샘플과 동일하므로 모든 추가 테스트의 대표 샘플로 선택되었다. 이 물질이 침출될 수 있는 것처럼 가장 어려운 것이 선택되었으며, 그러면 유사한 조건에서 모든 블랙 매스 샘플이 침출될 수 있어야 한다.The extent of leaching and pH profiles as a function of time for the tests summarized in Table 7 are presented in Figures 6A-6D. Comparing these results, it is clear that BMJ-B outperformed the other samples tested. BMJ-B is very amorphous in nature, showing much higher reactivity compared to more crystalline samples. The inventors believe that this is likely caused by removal of lithium from the sample. This material was delithiated, destroying the crystal structure and making the sample amorphous. As a result, the kinetics became faster and a cobalt recovery rate of more than 90% was achieved within 5 hours. The Canadian sample (BMC) had the highest impurities and the least pretreatment of all samples. BMC performed similarly in terms of cobalt recovery, but achieved only 75% nickel recovery. The inventors believe that the improved performance of this sample is expected to be due to the higher concentration of metallic impurities (Al, Cu and Fe metals), which can act as reducing agents and improve recovery. Both BMJ-A and the Korean sample (BMK) were pure and highly crystalline samples, and both had only a 50% recovery rate of Ni, Co, and Mn within 5 hours. Given this, BMK was chosen as a representative sample for all further tests as it had sufficient sample mass and was equivalent to the most difficult to leach sample. The most difficult was chosen as this material can be leached, so that all black mass samples can be leached under similar conditions.

결과 - 시약 투여 속도의 영향Results - Impact of reagent dosing rate

시약 첨가 속도의 영향을 조사하기 위해 5가지 실험을 수행했다. 모든 샘플은 55℃ 및 5% 고체 농도의 BMK 고체를 사용했다. 이어서 SO2와 산(20% H2SO4)을 표 9에 따라 반응기에 첨가했다. 연속 산 테스트를 위해, 연동 펌프를 통해 산을 첨가했다.Five experiments were performed to investigate the effect of reagent addition rate. All samples used BMK solids at 55°C and 5% solids concentration. SO 2 and acid (20% H 2 SO 4 ) were then added to the reactor according to Table 9. For continuous acid testing, acid was added via a peristaltic pump.

표 9: 실험 조건 요약 Table 9 : Summary of experimental conditions

표 9에 요약된 테스트에 대한 용액 회수율이 도 7a-7d에 나와 있다. 도 7a-7d를 도 6d와 비교하면, 어떤 용량에서든 H2SO4를 첨가하면 회수율과 동역학이 크게 향상되었다.Solution recoveries for the tests summarized in Table 9 are shown in Figures 7A-7D. Comparing Figures 7a-7d with Figure 6d, addition of H 2 SO 4 at any dose significantly improved recovery and kinetics.

2.5시간 만에 100% 화학양론적 SO2와 함께 산(도 7a)을 단계적으로 첨가하면 회수율이 5시간 만에 50%에서 5시간 만에 80% 이상으로 향상되었다. 이 실험에는 6시간이 포함되었으며, 그 전에 다량의 산을 첨가하여 pH를 3 미만으로 낮추었다. 그 결과 Co 및 Ni 회수율이 즉시 급증했다(5%). 이 마지막 시간 동안 모든 목표 금속의 회수율이 최대 90%까지 증가했는데, 이는 시스템이 여전히 산으로 인해 제한을 받고 있음을 나타낸다.Stepwise addition of acid (Figure 7a) with 100% stoichiometric SO 2 in 2.5 h improved the recovery from 50% in 5 h to over 80% in 5 h. The experiment involved 6 hours, before which a large amount of acid was added to lower the pH to below 3. As a result, Co and Ni recovery rates increased immediately (5%). During this final time, the recovery of all target metals increased up to 90%, indicating that the system was still limited by the acid.

느린 연속 산 테스트(도 7b)에서, 연동 펌프를 통해 산을 공급하여 200분 만에 100% 화학량론적 SO2를 사용하여 2.5시간 만에 100% 화학량론적 산 요구량을 전달했다. 이 테스트에서는 180분 만에 목표 금속을 90% 이상 회수하는 것으로 나타났다. 반응이 완료되었음을 나타내는 이 시점 이후에는 회수율이 크게 변하지 않았다. 이 회수율 값은 용액 검정을 기반으로 한 것이며 고체 분석에 따르면 실제로 이 테스트의 회수율은 98% 이상이었다. 따라서 최종 용액 및 최종 고체 검정에서 계산된 헤드가 더 정확해야 하므로 그래프의 침출 범위는 낮게 편향된다.In the slow continuous acid test (Figure 7b), acid was supplied via a peristaltic pump to deliver 100% stoichiometric acid demand in 2.5 h using 100% stoichiometric SO 2 in 200 min. This test showed that more than 90% of the target metal was recovered in 180 minutes. The recovery did not change significantly after this point, indicating that the reaction was complete. This recovery value is based on a solution assay and solids analysis actually showed a recovery of over 98% for this test. Therefore, the leaching range in the graph is biased low as the calculated heads from the final solution and final solid assays should be more accurate.

빠른 연속 테스트(도 7c)에서, 산 유량과 SO2 첨가는 모두 증가하여 90분 내에 화학양론적 요구 사항을 100% 공급했다. 이러한 조건에서 90분 만에 모든 목표 금속의 약 100%가 추출되는 것으로 나타났다. 이 시점 이후 목표 금속 회수율에는 거의 변화가 없었지만, 불순물 원소는 계속해서 회수되었다. 90분에 알루미늄 40%와 철 10%가 용액으로 회수되었으며, 2.5시간 후에는 각각 60%와 15%로 증가했다. 이는 시약을 100% 제공하는 데 필요한 시간 이상으로 반응 시간을 더 늘리는 것에는 이점이 없음을 보여준다. 이 테스트(도 7c)의 불순물 회수율을 느린 산 테스트(도 7b)와 비교하면 느린 첨가 속도에서 선택성이 어느 정도 향상되는 것으로 나타났다. 느린 속도로 150분 만에 최대 회수가 이루어졌다. 이 시점에서는 Al 10%와 Fe 2%만이 회수되었다. 이를 90분의 빠른 첨가와 비교하면 불순물 회수율이 약 6배 증가한 것으로 나타났다.In a fast series test (Figure 7c), both acid flow rate and SO 2 addition were increased to supply 100% of the stoichiometric requirement within 90 min. It was shown that under these conditions, approximately 100% of all target metals were extracted in 90 minutes. After this point there was little change in the target metal recovery, but impurity elements continued to be recovered. At 90 minutes, 40% of aluminum and 10% of iron were recovered from the solution, increasing to 60% and 15%, respectively, after 2.5 hours. This shows that there is no advantage in extending the reaction time further than that required to provide 100% reagent coverage. Comparing the impurity recovery from this test (Figure 7c) with the slow acid test (Figure 7b) showed some improvement in selectivity at slow addition rates. Maximum recovery was achieved in 150 minutes at a slow speed. At this point, only 10% Al and 2% Fe were recovered. Comparing this with the rapid addition of 90 minutes, the impurity recovery rate was found to increase by about 6 times.

도 7d는 즉시 산 테스트의 결과를 보여준다. 이 실험에서는 실험 시작 시 화학량론적 산 요구량의 100%가 첨가되었으며 SO2의 화학량론적 첨가는 30분 만에 달성되었다. 산을 모두 첨가하는 것만으로도 Ni, Mn 및 Co의 35-40%와 Li의 90%를 회수하기에 충분한 것으로 나타났다. 이러한 회수율은 30분 이내에 모든 금속에 대해 90% 이상으로 증가했다. 30분 후에는 2.5시간의 반응 시간 동안 모든 목표 금속의 회수율이 85-90%까지 천천히 감소한다. 60분 지점에서 니켈이 급격하게 하락했다. 이 지점은 희석 오류로 인해 발생한 이상값으로 여겨진다. 알루미늄은 산을 첨가한 후 60%로 빠르게 회복되었으며 이 값은 시간이 지남에 따라 완만하게 증가하여 최대 78%까지 증가했다. 철 회수율은 산 회수 후에도 10-11%로 일정했다. 이는 빠른 연속 산 테스트와 거의 비슷한 선택성을 나타내지만 동역학은 상당히 증가했다.Figure 7d shows the results of the immediate acid test. In this experiment, 100% of the stoichiometric acid requirement was added at the start of the experiment and stoichiometric addition of SO 2 was achieved in 30 minutes. Addition of all acids was found to be sufficient to recover 35-40% of Ni, Mn, and Co and 90% of Li. These recoveries increased to over 90% for all metals within 30 minutes. After 30 minutes, the recovery of all target metals slowly decreases to 85-90% over a reaction time of 2.5 hours. Nickel fell sharply at the 60-minute mark. This point is believed to be an outlier caused by a dilution error. Aluminum recovered quickly to 60% after adding acid, and this value increased gently over time, up to 78%. The iron recovery rate was constant at 10-11% even after acid recovery. This shows approximately similar selectivity to the fast continuous acid test, but with significantly increased kinetics.

최종 테스트(참조 실시예)는 SO2 없이 산만 사용하여 완료되었다(도 7e). 5시간 후에는 Ni, Mn 및 Co가 30-40%만 회수되었고 Li는 80% 회수된 것으로 나타났다. 이러한 결과는 SO2를 첨가하기 전의 즉시 산 테스트에서 얻은 회수율과 상응한다. 이는 BMK 샘플의 경우 Ni, Mn 및 Co의 약 40%가 환원제 없이 용해된다는 것을 보여준다.The final test (reference example) was completed using acid and no SO 2 (Figure 7E). After 5 hours, only 30-40% of Ni, Mn, and Co were recovered, and 80% of Li was recovered. These results correspond to the recoveries obtained in the immediate acid test before adding SO 2 . This shows that for the BMK sample, approximately 40% of Ni, Mn, and Co are dissolved without a reducing agent.

결과 - 고체 농도의 영향Results - Effect of Solids Concentration

더 높은 고체 농도가 반응 정도 및 동역학에 미치는 영향을 조사하기 위해 한 가지 실험을 수행했다. 더 높은 고체 농도가 더 농축된 침출 용액을 생성하므로 조사 대상으로 선택되었다. 이는 하류 불순물 분리의 효율성을 높이고 설정된 처리량에 따라 필요한 반응기 부피를 줄이다. 이 테스트에서 BMK 고체는 55℃에서 20% 고체 농도로 반응되었다. 빠른 연속 산 테스트(2.9 ml/분 50% H2SO4, 290 ml/분 SO2)와 유사한 조건에서 산을 지속적으로 첨가했다. 이 실험에서는 반응기에서 넘침을 방지하기 위해 50% H2SO4를 사용했다. 이렇게 높은 산 강도로 인해 용액이 과도하게 가열되어 처음 30분 동안 온도가 약 75℃까지 상승했다. 그 후 반응기를 냉각된 수조로 옮기고 온도는 약 45℃로 일정하게 유지되었다. 이로 인해 고체 농도와 온도의 영향을 완전히 분리할 수 없으며 결과를 해석할 때 이를 염두에 두어야 한다.An experiment was performed to investigate the effect of higher solid concentration on the extent and kinetics of the reaction. Higher solids concentrations were chosen for investigation as they produce more concentrated leaching solutions. This increases the efficiency of downstream impurity separation and reduces the reactor volume required depending on the set throughput. In this test, BMK solids were reacted at 55°C to a 20% solids concentration. Acid was added continuously under conditions similar to the fast continuous acid test (2.9 ml/min 50% H 2 SO 4 , 290 ml/min SO 2 ). In this experiment, 50% H 2 SO 4 was used to prevent overflow in the reactor. This high acid strength caused excessive heating of the solution, raising the temperature to approximately 75°C during the first 30 minutes. The reactor was then transferred to a cooled water bath and the temperature was kept constant at approximately 45°C. Because of this, the effects of solid concentration and temperature cannot be completely separated and this must be kept in mind when interpreting the results.

도 8은 빠른 연속 시약 조건을 사용하여 20% 고체에서 수행된 실험 결과를 보여준다. 5% 고형분에서의 동등한 테스트와 비교하여 전체 회수율과 반응 동역학이 감소하여 2시간 후에 80% 회수율만 달성한 것으로 나타났다. 그러나 실험이 종료되었을 때 회수율은 증가하는 경향을 보였으므로 20% 고체에서 완전한 용해가 가능할 것으로 예상된다.Figure 8 shows the results of an experiment performed at 20% solids using fast continuous reagent conditions. Compared to the equivalent test at 5% solids, overall recovery and reaction kinetics were reduced, with only 80% recovery achieved after 2 hours. However, at the end of the experiment, the recovery rate tended to increase, so it is expected that complete dissolution is possible at 20% solids.

결과 - 반응 온도의 영향Results - Effect of reaction temperature

반응 정도 및 동역학에 대한 온도의 영향을 조사하기 위해 두 가지 실험을 수행했다. 용해 속도를 증가시켜 반응 동역학을 더욱 개선하기 위해 더 높은 온도를 조사했다. BMK 고체는 75℃에서 5% 고체 농도로 반응되었다. 빠른 연속 산 테스트(2.2 ml/분 20% H2SO4, 52 ml/분 SO2)와 유사한 조건에서 산을 지속적으로 첨가했다. 100%를 초과하는 값은 도 9a에 표시되어 있지만 증발로 인한 것일 가능성이 가장 높다. 실험을 통한 질량 기록의 오류로 인해 증발로 인한 질량 손실을 추정할 수 없었다.Two experiments were performed to investigate the effect of temperature on the extent and kinetics of the reaction. Higher temperatures were investigated to further improve the reaction kinetics by increasing the dissolution rate. BMK solid was reacted at 75°C to 5% solid concentration. Acid was added continuously under conditions similar to the fast continuous acid test (2.2 ml/min 20% H 2 SO 4 , 52 ml/min SO 2 ). Values exceeding 100% are shown in Figure 9a but are most likely due to evaporation. Due to errors in experimental mass recording, mass loss due to evaporation could not be estimated.

용액에 대한 SO2 기체의 용해도를 증가시켜 반응 동역학을 추가로 개선하려는 시도로 더 낮은 온도를 조사했다. BMK 고체는 실온에서 5% 고체 농도로 반응되었다. 실험이 진행되는 동안 온도는 자연스럽게 30℃에서 35℃ 사이로 상승했다. 빠른 연속 산 테스트(2.2 ml/분 20% H2SO4, 52 ml/분 SO2)와 유사한 조건에서 산을 지속적으로 첨가했다. 100%를 초과하는 값은 도 9b에 표시되지만 증발로 인한 것일 가능성이 가장 높다. 실험을 통한 질량 기록의 오류로 인해 증발로 인한 질량 손실을 추정할 수 없었다.Lower temperatures were investigated in an attempt to further improve the reaction kinetics by increasing the solubility of SO 2 gas into the solution. BMK solid was reacted at 5% solid concentration at room temperature. During the experiment, the temperature naturally rose between 30℃ and 35℃. Acid was added continuously under conditions similar to the fast continuous acid test (2.2 ml/min 20% H 2 SO 4 , 52 ml/min SO 2 ). Values exceeding 100% are shown in Figure 9b but are most likely due to evaporation. Due to errors in experimental mass recording, mass loss due to evaporation could not be estimated.

도 9a에서 볼 수 있듯이, 반응 온도가 증가하면 55℃에서의 동등한 테스트에 비해 성능이 저하되었다. 75℃에서는 반응 온도의 증가로 인해 회수율, 선택성 및 동역학이 모두 부정적인 영향을 받았다. 본 발명자들은 이것이 감소된 SO2 용해도로 인해 금속의 더 느린 환원을 초래하는 것일 가능성이 있다고 믿는다. 마찬가지로, 반응 온도를 낮추는 것도 회복과 동역학에 부정적인 영향을 미쳤다. 35℃에서 모든 목표 금속에 대해 90% 이상의 회수율을 달성하려면 120-150분의 반응 시간이 필요했다.As can be seen in Figure 9a, as the reaction temperature increased, performance deteriorated compared to the equivalent test at 55°C. At 75°C, recovery, selectivity, and kinetics were all negatively affected by increasing reaction temperature. The inventors believe that this is likely due to reduced SO 2 solubility, resulting in slower reduction of the metal. Likewise, lowering the reaction temperature also had a negative effect on recovery and kinetics. A reaction time of 120-150 minutes was required to achieve recoveries greater than 90% for all target metals at 35°C.

침전precipitation

이온 교환에 의한 불순물 제거(IX)Removal of impurities by ion exchange (IX)

아래에 제시된 조성을 갖는 공급 용액을 Lewatit® VP OC 1026 거대다공성 이온 교환 수지(디-2-에틸헥실 포스페이트(D2EHPA)를 함유하는 스티렌 디비닐벤졸 공중합체 기반; 수지는 Lanxess에서 구입가능)와 접촉시켰다.The feed solution with the composition given below was contacted with Lewatit® VP OC 1026 macroporous ion exchange resin (based on styrene divinylbenzole copolymer containing di-2-ethylhexyl phosphate (D2EHPA); the resin is available from Lanxess). .

이온 교환 수지와의 접촉은 40℃에서 두 단계로 수행되었다. pH 제어는 IX 접촉 전 0.1M H2SO4 및 1M NaOH를 사용하여 수행되었으며 목표 pH는 3.8-3.9였다. 수지를 10% H2SO4로 산 세척한 후 사용하기 전에 pH 3.5로 조절했다. 아래 다음 단락의 첨가물은 세척동안 질량 변화를 고려하여 수령한 수지의 부피로 제공된다.Contacting with the ion exchange resin was carried out in two steps at 40°C. pH control was performed using 0.1MH 2 SO 4 and 1M NaOH before IX contact and the target pH was 3.8-3.9. The resin was acid washed with 10% H 2 SO 4 and then adjusted to pH 3.5 before use. Additives in the following paragraphs below are given in volume of resin as received, taking into account mass changes during washing.

7. 여과액 250 mL를 병에 넣고 pH를 3.9로 조절했다.7. 250 mL of filtrate was added to the bottle and the pH was adjusted to 3.9.

8. 수지 120 mL를 첨가하고, 병을 밀봉하고, 40℃에서 24시간 동안 병 롤러에 두었다.8. Add 120 mL of resin, seal the bottle and place it on a bottle roller at 40°C for 24 hours.

9. 수지를 여과하고 용액을 깨끗한 병에 첨가했다.9. The resin was filtered and the solution was added to a clean bottle.

10. pH를 3.8까지 조정하였다.10. The pH was adjusted to 3.8.

11. 수지 120 mL를 첨가하고, 병을 밀봉하고, 40℃에서 4시간 동안 병 롤러에 두었다.11. Add 120 mL of resin, seal the bottle and place it on a bottle roller at 40°C for 4 hours.

12. 수지를 여과하고 용액을 회수하였다.12. The resin was filtered and the solution was recovered.

이전 이온 교환(IX) 테스트에 기반하여, Zn 제거를 최대화하고 Mn 손실을 최소화하기 위해 최소한의 pH 제어로 40℃에서 직렬로 연결된 2개의 접촉을 선택했다. 표 10 및 11은 각 접촉 전후의 용액 검정 결과를 보여준다. 희석 보정 검정에서는 세척 및 조절으로 인해 수지에 남아 있는 용액을 고려한다. 두 접촉 모두 이전 실험에 비해 탁월한 Zn 제거율(87% 및 91%)을 보인 반면, Mn 손실은 완전히 완화되지 않았다(15% 및 16%). 일부 Al과 Ca도 제거되었으며(각각 누적 29% 및 32%) IX로 들어가는 Fe는 <1 mg/L이다.Based on previous ion exchange (IX) tests, two contacts connected in series at 40 °C with minimal pH control were chosen to maximize Zn removal and minimize Mn loss. Tables 10 and 11 show the solution assay results before and after each contact. The dilution correction assay takes into account the solution remaining in the resin due to cleaning and conditioning. Both contacts showed excellent Zn removal rates (87% and 91%) compared to previous experiments, while Mn loss was not fully alleviated (15% and 16%). Some Al and Ca were also removed (cumulative 29% and 32%, respectively), and Fe entering IX was <1 mg/L.

표 10: 이온 교환 처리 중 다양한 금속의 농도 Table 10 : Concentrations of various metals during ion exchange treatment.

표 11: 이온 교환 결과, 수지 상의 다양한 금속 백분율 Table 11 : Ion exchange results, percentage of various metals on resin

공급 용액으로부터 불순물 제거Removal of impurities from feed solution

이 실험은 합성 용액으로부터 불순물 제거에 대한 조사를 요약한다. 반복성과 충분한 샘플 크기를 보장하기 위해 합성 용액이 사용되었다. 이 용액은 침출 중에 생성된 용액의 농도와 pH를 모방하기 위해 만들어졌다. 본 보고서에서 조사된 주요 매개변수는 pH와 염기 유형이었다.This experiment summarizes investigations into the removal of impurities from synthetic solutions. Synthetic solutions were used to ensure repeatability and sufficient sample size. This solution was created to mimic the concentration and pH of the solution produced during leaching. The main parameters investigated in this report were pH and base type.

pH를 6.2로 증가시킴으로써 알루미늄, 구리, 크롬, 철 및 아연 불순물이 용액으로부터 100% 제거될 수 있음이 입증되었다. pH 5-5.5에서는 대부분의 구리뿐만 아니라 모든 알루미늄, 크롬 및 철이 제거되는 것으로 나타났다. 아연의 95%와 나머지 구리가 모두 손실되는 pH 6까지는 아연이 크게 침전되지 않았다. pH를 6.2로 증가시키면 남은 아연이 제거되어 불순물(Ca 및 Mg 제외)이 없는 용액이 생성된다. 계산된 용액 사양에 도달하려면 pH 6.2가 필요했다. pH를 6.2로 증가시키면 대략 Ni 25%, Co 15% 및 Mn 10%가 손실된다.It was demonstrated that by increasing the pH to 6.2, 100% of aluminum, copper, chromium, iron and zinc impurities could be removed from the solution. It has been shown that at pH 5-5.5 all aluminum, chromium and iron are removed as well as most copper. There was no significant precipitation of zinc until pH 6, when 95% of the zinc and the remaining copper were lost. Increasing the pH to 6.2 removes the remaining zinc, producing a solution free of impurities (except Ca and Mg). A pH of 6.2 was required to reach the calculated solution specifications. Increasing the pH to 6.2 results in a loss of approximately 25% Ni, 15% Co, and 10% Mn.

세 가지 다른 염기 유형이 시험되었다. 수산화나트륨과 탄산나트륨은 거의 동일한 결과를 나타냈다. 모든 불순물은 동일한 pH에서 침전되었으며 목표 금속의 손실은 두 염기 모두에서 일관되었다. 그러나 탄산나트륨을 사용하면 생성된 고체의 여과 특성이 훨씬 더 좋아졌다. 탄산망간과 염기성 탄산니켈의 조합을 사용하면 탄산나트륨과 유사한 결과가 나타난다. 그러나 탄산망간이 완전히 용해되지 않아 폐망간이 발생하는 것으로 나타났다. 이러한 이유로 불순물 제거를 위한 염기로 탄산나트륨을 사용하는 것이 좋다.Three different base types were tested. Sodium hydroxide and sodium carbonate gave almost identical results. All impurities precipitated at the same pH and loss of target metal was consistent for both bases. However, when sodium carbonate was used, the filtration properties of the resulting solid were much better. A combination of manganese carbonate and basic nickel carbonate gives similar results to sodium carbonate. However, it was found that manganese carbonate was not completely dissolved, resulting in waste manganese. For this reason, it is recommended to use sodium carbonate as a base to remove impurities.

불순물 제거를 2단계로 수행할 수 있는 분명한 기회가 있었다. 첫째, pH 5.5에서는 대부분의 용액 불순물이 제거될 수 있다. 이 고체 물질은 용액에서 분리되어 폐기물로 폐기될 수 있다. 탄산염 고체의 우수한 여과 특성으로 인해 고체를 빠르고 쉽게 분리할 수 있다. 이 단계 이후 부분적으로 정제된 용액에는 불순물로서 미량의 구리와 아연만 함유되어야 한다. pH를 6 이상(이상적으로는 6.2)으로 높이면 남은 구리와 아연이 용액에서 제거될 수 있다. 이는 또한 니켈, 코발트 및 망간의 손실을 초래하여 이 고체 스트림을 높은 가치로 만든다. 이 물질은 수집되어 SAL 침출로 반환되어 구리를 회수하고 시스템에서 아연 불순물을 제거할 수 있다. 이 개념은 원하는 두 pH 수준(5.5와 6.2) 사이의 고체/액체 분리를 포함하여 실험실 규모에서 입증되었다. 고체 액체 분리를 포함함으로써 코발트, 니켈 및 망간의 손실을 각각 5%, 10% 및 0%로 제한할 수 있는 것으로 나타났다.There was a clear opportunity to perform impurity removal in two stages. First, at pH 5.5, most solution impurities can be removed. This solid material can be separated from the solution and disposed of as waste. The excellent filtration properties of carbonate solids allow for quick and easy separation of solids. After this step, the partially purified solution should contain only trace amounts of copper and zinc as impurities. By increasing the pH above 6 (ideally 6.2), the remaining copper and zinc can be removed from the solution. This also results in losses of nickel, cobalt and manganese, making this solid stream of high value. This material can be collected and returned to SAL leaching to recover copper and remove zinc impurities from the system. This concept was demonstrated at laboratory scale, including solid/liquid separation between two desired pH levels (5.5 and 6.2). It was shown that by including solid-liquid separation, losses of cobalt, nickel, and manganese could be limited to 5%, 10%, and 0%, respectively.

여기에 제시된 결과는 공정에서 이온 교환을 제거할 수 있는 가능성을 강조한다. 이 실험의 결과는 침전만으로 고순도의 용액을 생산할 수 있어 값비싼 이온 교환 공정이 필요하지 않음을 보여준다.The results presented here highlight the possibility of eliminating ion exchange from the process. The results of this experiment show that a high-purity solution can be produced through precipitation alone, eliminating the need for an expensive ion exchange process.

도입introduction

금속 수산화물의 용해도에 대한 알려진 pH 의존성에 기반하여, 용액으로부터 수산화물을 선택적으로 제거하는 것이 가능할 것으로 간주되었다. 고려된 불순물은 철, 알루미늄, 구리 및 칼슘이었다. 그러나 블랙 매스 샘플의 검정은 마그네슘과 아연이 포함될 수 있는 것으로 나타났다. 이 연구에서 테스트된 매개변수는 pH와 염기 유형이었다.Based on the known pH dependence for the solubility of metal hydroxides, it was considered possible to selectively remove hydroxides from solution. The impurities considered were iron, aluminum, copper and calcium. However, testing of black mass samples showed that they may contain magnesium and zinc. The parameters tested in this study were pH and base type.

물질 및 방법Materials and Methods

물질matter

이 작업에 사용된 시약은 식품 등급 SO2를 제외하고 모두 시약 등급이었다. 사용된 화학 물질과 스톡 용액 중 목표 농도는 표 12에 제시되어 있다.The reagents used in this work were all reagent grade except food grade SO 2 . Chemicals used and target concentrations in stock solutions are shown in Table 12.

표 12: 스톡 용액 농도 Table 12 : Stock solution concentrations

용액 농도는 블랙 매스의 침출을 통해 생성된 용액을 대표하도록 선택되었다. 예상보다 높은 불순물 농도를 시뮬레이션하기 위해 불순물 원소를 첨가했다. pH는 초기에 목표 값 1로 낮아졌다. 이는 대략 pH 0.5로 초과되었다. 그러나 이 시작 pH는 너무 낮았으며 침전 테스트 중에 부피 문제가 발생했다. 이를 해결하기 위해 NaOH를 사용하여 pH를 2.6으로 높였다. 그런 다음 침출 중에 생성된 용액을 더 잘 모방하기 위해 용액이 포화될 때까지 SO2를 반응기에 살포했다. 이 후 pH를 다시 한번 2.6으로 증가시켰다.The solution concentration was chosen to be representative of the solution produced through leaching of black mass. Impurity elements were added to simulate higher-than-expected impurity concentrations. The pH was initially lowered to the target value of 1. This was exceeded by approximately pH 0.5. However, this starting pH was too low and caused volume issues during sedimentation tests. To solve this, NaOH was used to increase the pH to 2.6. SO 2 was then sparged into the reactor until the solution was saturated to better mimic the solution produced during leaching. After this, the pH was once again increased to 2.6.

장비equipment

모든 반응은 1.1L 배플형 유리 반응기에서 완료되었다. 온도는 열전대 피드백 제어 기능이 있는 핫 플레이트로 유지되었다. 고전단 테플론 임펠러를 사용하여 800 RPM으로 설정된 오버헤드 교반기에 의해 교반을 달성했다. 기체 첨가 속도를 제어하기 위해 기체 유량계에 연결된 유리 살포 막대를 사용하여 기체를 살포했다. 반응 중에 최대 기체 분산을 보장하기 위해 스파저가 임펠러의 블레이드와 일치하는 일관된 수준으로 잠기도록 주의를 기울였다. pH는 고온 pH 프로브에 연결된 메트롬(Metrohm) 자동 적정기 및 연결된 랩탑을 통해 실행되는 PID 프로그램을 사용하여 제어되었다.All reactions were completed in a 1.1 L baffled glass reactor. The temperature was maintained by a hot plate with thermocouple feedback control. Agitation was achieved by an overhead stirrer set at 800 RPM using a high shear Teflon impeller. Gas was sparged using a glass sparging rod connected to a gas flow meter to control the rate of gas addition. Care was taken to ensure that the sparger was submerged at a consistent level consistent with the blades of the impeller to ensure maximum gas dispersion during the reaction. The pH was controlled using a Metrohm automatic titrator connected to a high temperature pH probe and a PID program running through a connected laptop.

방법론methodology

먼저 필요한 양의 스톡 합성 용액을 계량하여 반응기에 직접 넣고 반응기를 반응 온도까지 가열했다. 반응 온도에 도달하면, 초기 샘플을 채취하여 밀봉된 주사기에서 실온으로 냉각했다. 일단 냉각되면, 샘플을 주사기 여과하고 질산으로 희석하여 과량의 샘플을 반응기로 되돌렸다. 그런 다음 적정기의 공기 살포 및 호스를 반응기에 삽입하고 시약 투여 및 타이밍을 시작했다. 동일한 샘플 채취 방법에 따라 실험에 의해 미리 결정된 시간 간격으로 샘플을 채취했다.First, the required amount of stock synthesis solution was weighed and placed directly into the reactor, and the reactor was heated to the reaction temperature. Once the reaction temperature was reached, the initial sample was taken and cooled to room temperature in a sealed syringe. Once cooled, the sample was syringe filtered and diluted with nitric acid, returning excess sample to the reactor. The titrator's air sparge and hose were then inserted into the reactor and reagent dosing and timing began. Samples were collected at time intervals predetermined by the experiment, following the same sampling method.

실험이 완료되면, 반응기의 무게를 측정하고 수산화물 샘플의 경우 슬러리를 원심분리하거나 탄산염 샘플의 경우 진공 여과했다. 이어서, 젖은 고체를 105℃에서 밤새 건조시키고, 용액을 유리병에 보관하였다. 반응 전후에 밀도 판독값을 취했다.Once the experiment was complete, the reactor was weighed and the slurry was centrifuged for hydroxide samples or vacuum filtered for carbonate samples. The wet solid was then dried at 105° C. overnight and the solution was stored in a glass bottle. Density readings were taken before and after the reaction.

실험이 요구되는 용액 순도를 성공적으로 달성했는지 결정하기 위해, 용액 목표 농도 세트를 계산했다. 이들 목표는 표 13에 제시되어 있으며 최종 침전된 NMC 생성물로의 100% 전달을 가정하여 계산되었다.To determine whether the experiment successfully achieved the required solution purity, a set of solution target concentrations was calculated. These targets are presented in Table 13 and were calculated assuming 100% delivery to the final precipitated NMC product.

표 13: 용액 농도 목표. *가정에 근거 Table 13 : Solution concentration targets. *Based on assumptions

결과result

pH의 영향Effect of pH

테스트 조건 및 타당성Test conditions and validity

pH는 목표 금속으로부터 불순물 원소의 분리 효율을 결정하기 위한 중요한 매개변수이다. pH의 영향을 조사하기 위해 자동 적정기를 사용하여 염기(2.5M NaOH)를 스톡 용액에 투입하여 용액을 목표 pH로 유지했다. 이 목표 pH에 도달하고 이 pH가 1시간 동안 유지된 후 샘플을 채취했다. 두 번째 샘플 이후, pH 조절기를 다음 수준으로 조정하고 공정을 반복했다. 각 실험 내내 온도는 75℃로 일정하게 유지되었다. 이러한 방식으로 세 가지 실험이 수행되었으며, 가장 결정적인 테스트의 결과가 이 보고서에 표시되며 다른 항목은 특정 사항에 대해 참조된다.pH is an important parameter for determining the separation efficiency of impurity elements from the target metal. To investigate the effect of pH, base (2.5 M NaOH) was added to the stock solution using an automatic titrator to maintain the solution at the target pH. Samples were taken after this target pH was reached and maintained at this pH for 1 hour. After the second sample, the pH regulator was adjusted to the next level and the process was repeated. The temperature was kept constant at 75°C throughout each experiment. In this manner three experiments were carried out, the results of the most conclusive tests being presented in this report, the others being referred to for particulars.

결과 및 토론Results and Discussion

시각적 관찰과 염기 투여량 및 pH 추세에 기반하여, 첫 번째 침전은 pH 3.6-4에서 발생하기 시작했다. 용액을 pH 4에서 1시간 동안 유지한 후, 90% 이상의 Fe와 거의 모든 Al 및 Cr이 용액에서 제거되었다. pH를 5로 추가로 증가시키면 Fe, Al 및 Cr이 완전히 제거되고 Cu 불순물이 65% 제거되었다. Cu를 완전히 제거하려면 용액을 pH 6으로 증가시켜야 했으며, 이 시점에서 Zn의 94%도 제거되었다. 표 11의 아연 용액 사양 개요를 충족하려면 pH를 6.2로 높여야 했다. 그러나 pH 6.2에서는 코발트 11%, 니켈 21%, 망간 7%의 손실이 발생했다. 이 지점 이상으로 pH를 높이면 니켈 90%, 코발트 80%, 망간 40% 이상이 손실된다. 주요 pH 완충은 대략 pH 6.4에서 일어나는 것으로 나타났다. 따라서 이는 목표 금속의 손실을 줄이기 위해 초과해서는 안 되는 상한선을 나타낸다.Based on visual observation and base dosage and pH trends, the first precipitation began to occur at pH 3.6-4. After the solution was kept at pH 4 for 1 hour, more than 90% of Fe and almost all of Al and Cr were removed from the solution. Further increasing the pH to 5 resulted in complete removal of Fe, Al, and Cr and 65% removal of Cu impurity. To completely remove Cu, the solution had to be increased to pH 6, at which point 94% of the Zn was also removed. To meet the zinc solution specification outline in Table 11, the pH had to be raised to 6.2. However, at pH 6.2, there was a loss of 11% of cobalt, 21% of nickel, and 7% of manganese. If the pH is raised beyond this point, more than 90% of nickel, 80% of cobalt, and 40% of manganese are lost. The major pH buffering appears to occur at approximately pH 6.4. It therefore represents an upper limit that should not be exceeded to reduce the loss of the target metal.

추가적으로, pH 5까지의 신속한 염기 투여는 더 낮은 pH에서 니켈 손실을 증가시키는 것으로 밝혀졌다. 빠른 염기 첨가로 니켈의 15%가 불순물 원소와 함께 침전되었다. 따라서 2시간에 걸쳐 pH를 천천히 pH 5.5까지 높이는 것이 좋다. 구리 침전을 최대화하려면 1시간 동안 유지해야 한다. 그런 다음 용액을 pH 6.2로 높이고 즉시 용액에서 분리해야 한다. 이는 아연 및 구리 사양이 이 시점에서 충족되고 pH 6.2를 더 유지하면 니켈, 코발트 및 망간의 손실만 증가한다는 관찰에 기반한다.Additionally, rapid base administration up to pH 5 was found to increase nickel loss at lower pH. With rapid base addition, 15% of nickel was precipitated together with impurity elements. Therefore, it is recommended to slowly increase the pH to pH 5.5 over 2 hours. It should be held for 1 hour to maximize copper precipitation. The solution should then be raised to pH 6.2 and immediately removed from solution. This is based on the observation that the zinc and copper specifications are met at this point and further maintenance of pH 6.2 only increases the losses of nickel, cobalt and manganese.

염기 유형의 효과Effect of base type

테스트 조건 및 타당성Test conditions and validity

이전 섹션에 설명된 것과 유사한 방법을 사용하여 대체 염기를 조사하기 위해 두 가지 추가 테스트를 수행했다. 탄산나트륨은 동등하게 이용가능하지만 일반적으로 공급 비용이 더 저렴하기 때문에 불순물 제거에 사용되는 염기인 NaOH를 대체할 수 있는 이상적인 후보 물질이다. 또한, 탄산염 음이온은 수산화물에 비해 추가적인 불순물 제거 이점을 제공할 수 있다.Two additional tests were performed to investigate alternative bases using methods similar to those described in the previous section. Sodium carbonate is an ideal candidate to replace NaOH, the base used to remove impurities, because it is equally available but generally cheaper to supply. Additionally, carbonate anions may provide additional impurity removal advantages over hydroxides.

조사된 두 번째 대체 염기는 탄산나트륨과 고체 탄산망간 및 염기성 탄산니켈(BNC)의 조합이다. 이러한 화학 물질은 더 저렴하고 현장에서 사용할 수 있어 시약 비용을 절감할 수 있는 기회를 제공한다. 이 테스트를 위해, NMC 침전 장치의 진행 중인 개발을 반영하기 위해 불순물 제거 후 최종 용액이 6:4:2 Ni:Mn:Co 비율을 갖도록 일정량의 탄산망간과 BNC를 고체로 첨가했다. 이는 더 이상의 고가의 코발트 염의 투여를 요구하는 첨가되어야 하는 이들 화합물의 이론적 최대량을 나타낸다. 금속염을 0 시점에 첨가하고 1시간 동안 반응시켰다. 이 시점 후에 탄산나트륨을 첨가하여 다른 실험에 따라 pH를 추가로 조정했다.The second alternative base investigated is a combination of sodium carbonate with solid manganese carbonate and basic nickel carbonate (BNC). These chemicals are cheaper and can be used in the field, providing an opportunity to reduce reagent costs. For this test, a certain amount of manganese carbonate and BNC were added as solids so that the final solution had a 6:4:2 Ni:Mn:Co ratio after removal of impurities to reflect the ongoing development of NMC precipitation equipment. This represents the theoretical maximum amount of these compounds that must be added, requiring the administration of further expensive cobalt salts. Metal salt was added at time 0 and reacted for 1 hour. After this point, sodium carbonate was added to further adjust the pH according to other experiments.

결과 및 토론Results and Discussion

도 14 및 15에 도시된 결과를 NaOH 결과와 비교하면 두 염기 유형 간에 유의미한 차이가 없음을 알 수 있다. 표 14는 두 염기의 주요 고려사항을 비교한 것이다. 이는 NaOH와 비교하여 Na2CO3를 사용할 때 동일한 단계에서 불순물 원소가 제거되었음을 나타낸다. 침전 후 손실된 목표 금속의 양도 일정했다. 그러므로 pH 증가의 결과로 침전이 발생하고 탄산염 음이온이 침전을 개선하지 않는다는 결론을 내릴 수 있다. 그러나 Na2CO3는 물질 취급에 있어서 강력한 장점을 갖고 있다는 점을 기억하는 것이 중요한다. 탄산염 침전 중에 형성된 고체는 수산화물 침전으로 생성된 고체보다 훨씬 더 쉽게 침강되고 여과된다.Comparing the results shown in Figures 14 and 15 with the NaOH results, it can be seen that there is no significant difference between the two base types. Table 14 compares the key considerations for the two bases. This indicates that impurity elements were removed in the same step when using Na 2 CO 3 compared to NaOH. The amount of target metal lost after precipitation was constant. Therefore, it can be concluded that precipitation occurs as a result of increasing pH and that carbonate anions do not improve precipitation. However, it is important to remember that Na 2 CO 3 has powerful advantages in material handling. Solids formed during carbonate precipitation settle and filter out much more easily than solids formed during hydroxide precipitation.

표 14: NaOH 및 Na2CO3 염기 유형 비교. pH 값은 표 11의 모든 사양이 충족된 지점을 나열한다. Table 14: Comparison of NaOH and Na 2 CO 3 base types. The pH value lists the point at which all specifications in Table 11 are met.

MnCO3 및 BNC의 첨가는 Na2CO3 단독 테스트에 비해 아무런 이점도 가져오지 않았다(도 16 및 17 참조). 동일한 pH와 동일한 수준에서 불순물 제거가 달성되었다. 그러나 MnCO3는 완전히 용해되지 않았으며 이는 이 상황에서 염기로 작용하는 능력이 제한되어 있음을 나타낸다. BNC 용해로 인해 니켈이 100% 이상 회수되었으며, 이는 BNC가 4수화물로 존재한다는 가정이 잘못되었음을 나타낸다. 모든 BNC가 용해되었다고 가정할 수 있으며 이론적으로 몰비가 NMC 침전 전에 시스템에 추가 니켈을 첨가할 수 있는 경우 염기로 사용될 수 있다.The addition of MnCO 3 and BNC resulted in no advantage over Na 2 CO 3 alone tested (see Figures 16 and 17). Removal of impurities was achieved at the same pH and level. However, MnCO 3 was not completely dissolved, indicating that its ability to act as a base in this situation was limited. More than 100% of nickel was recovered due to BNC dissolution, indicating that the assumption that BNC exists as a tetrahydrate is incorrect. All BNC can be assumed to be dissolved and could theoretically be used as a base if the molar ratio allows adding additional nickel to the system prior to NMC precipitation.

2단계 침전 효과Stage 2 sedimentation effect

Na2CO3 및 NaOH 침전 실험의 결과에 기반하여, 두 가지 pH 수준에서 장치를 두 가지 작업으로 분할할 수 있는 기회가 있는 것으로 보인다. 먼저 pH 5.5에서 침전함으로써, 모든 Al, Cr 및 Fe가 각각 약 90% 및 10%의 Cu 및 Zn과 함께 제거될 수 있다. 이는 목표 금속의 손실을 최소화하면서 달성할 수 있다. 그 후, 고체/액체 분리를 사용하여 원하지 않는 저가치 폐 물질을 제거할 수 있다. 그런 다음 용액을 pH 6.2로 증가시켜 남은 Cu 및 Zn을 제거할 수 있다. 이는 약 30%의 Ni 손실, 20%의 Co 손실 및 10%의 Mn 손실을 동반했다. 이 물질은 가치가 높으며 공정 초기 단계까지 수집 및 재활용될 수 있다.Based on the results of the Na 2 CO 3 and NaOH precipitation experiments, there appears to be an opportunity to split the device into two tasks at two pH levels. By first precipitation at pH 5.5, all Al, Cr and Fe can be removed along with about 90% and 10% Cu and Zn, respectively. This can be achieved while minimizing loss of target metal. Solid/liquid separation can then be used to remove unwanted, low-value waste materials. The solution can then be increased to pH 6.2 to remove any remaining Cu and Zn. This was accompanied by a loss of about 30% Ni, 20% Co loss, and 10% Mn loss. This material is of high value and can be collected and recycled up to the early stages of the process.

이 개념을 테스트하기 위해, 200 g/l Na2CO3 용액을 사용하여 대략 1.5시간에 걸쳐 pH를 5.5로 천천히 증가시키는 실험을 수행했다. 그런 다음 진공 여과하기 전에 이 pH에서 1시간 동안 유지했다. 그런 다음 깨끗한 용액을 재가열하고 염기 투여를 재개하여 pH 6.2를 달성했다. 이는 최종 고체/액체 분리 전 1시간 동안 유지되었다.To test this concept, an experiment was performed where the pH was slowly increased to 5.5 over approximately 1.5 hours using a 200 g/l Na 2 CO 3 solution. It was then held at this pH for 1 hour before vacuum filtration. The clear solution was then reheated and base dosage resumed to achieve pH 6.2. This was held for 1 hour before final solid/liquid separation.

결과 및 토론Results and Discussion

예상 결과와 대조적으로, 두 단계 사이에 고체/액체 분리가 완료되었을 때 pH 6.2에서 훨씬 적은 양의 물질이 침전되는 것으로 관찰되었다. 이러한 관찰은 도 18과 19에 제시된 결과에 의해 뒷받침된다. 이러한 결과로부터 고체/액체 분리를 포함하면 불순물 제거에 영향을 주지 않으면서 Ni, Co 및 Mn의 유지율이 훨씬 향상된다는 것이 분명해졌다. 단일 단계 Na2CO3N 테스트와 관련된 이 테스트의 결과는 표 15에 제시되어 있다.In contrast to the expected results, much less material was observed to precipitate at pH 6.2 when solid/liquid separation was complete between the two steps. This observation is supported by the results presented in Figures 18 and 19. From these results, it is clear that including solid/liquid separation significantly improves the retention of Ni, Co, and Mn without affecting impurity removal. The results of this test relative to the single step Na 2 CO 3 N test are presented in Table 15.

표 15: NaOH 및 Na2CO3 염기 유형 비교. pH 값은 표 11의 모든 사양이 충족된 지점을 나열한다. Table 15: Comparison of NaOH and Na 2 CO 3 base types. The pH value lists the point at which all specifications in Table 11 are met.

공-침전물의 형성Formation of co-precipitate

이 실험의 목적은 NMC 침전 - pH 테스트의 함수로서 불순물 침전을 조사하는 것이다. 목적은 NMC 전구체가 침전되어 불순물 Ca 및 Mg에 대해 선택적이면서 적절한 주원소 화학(Ni/Co/Mn)을 달성할 수 있는 적합한 pH 범위 및 용액 조건을 확인하는 것이다. 약알칼리성 pH 범위(pH 7.6-8.0)에서는 대부분의 불순물 이온(Ca2+ 및 Mg2+)이 NMC 전구체와 공-침전되지 않는 것으로 나타났다. 결과는 용액 중 초기 NMC 조성, 알칼리성 유형 및 양을 조정함으로써 이 접근법이 NMC 전구체를 생산하는 것이 가능하다는 것을 시사한다.The purpose of this experiment is to investigate impurity precipitation as a function of NMC precipitation - pH test. The objective is to identify a suitable pH range and solution conditions at which the NMC precursor can be precipitated to achieve appropriate major element chemistry (Ni/Co/Mn) while being selective for impurities Ca and Mg. In the slightly alkaline pH range (pH 7.6-8.0), most impurity ions (Ca 2+ and Mg 2+ ) did not appear to co-precipitate with the NMC precursor. The results suggest that this approach is possible to produce NMC precursors by adjusting the initial NMC composition, alkalinity type and amount in solution.

실험적experimental

500 mL의 NMC 초기 용액(0.2-0.24 M의 총 NMC, 특정 샘플에 대해서는 도 20 참조)을 연동 펌핑에 의해 8 mL/분의 속도로 200 mL의 암모늄 용액(0.1 M)을 함유하는 1 L 반응기에 공급했다. 3분 후, 480 mL의 알칼리성 용액(0.20-0.24M)을 동일한 유속으로 동일한 반응기로 펌핑한다. 60분이 지나면 남은 모든 액체를 반응기로 펌핑되었다. 불활성 기체(N2) 대기 하에서 이 반응기를 80℃로 가열하기 위해 핫플레이트를 사용했다. 800 rpm의 오버헤드 기계식 교반기를 사용하여 전이 금속과 알칼리성 용액을 펌핑하는 동안(1시간) 1 L 반응기에서 격렬하게 혼합했다. 그런 다음 교반 속도는 오후 5시까지 다음 4시간 동안 800 rpm으로 유지된다. 안전상의 이유로 이후 시간 동안의 교반 속도는 15-16시간 동안 600 rpm으로 설정되었다. 총 침전 시간은 20-21시간 범위이다. 그 후, 반응기를 80℃에서 실온으로 냉각시켰다. 최종 슬러리를 진공 여과로 여과하여 침전물을 얻었다. 상이한 샘플의 최종 용액 pH는 도 20에 나열되어 있다. 얻은 침전물은 2단계로 세척되었다. 1차 세척에는 80℃에서 60분간 자기 교반을 사용하여 침전물을 0.1M NaOH 용액(~5% 고체 함량)으로 재펄프한 후 진공 여과기를 사용하여 고체/액체 분리를 수행하는 작업이 포함된다. 2차 세척은 1차 세척의 침전물을 80℃에서 60분 동안 자기교반을 이용하여 2% NH3H2O 용액(~5% 고체 함량)으로 재펄프화한 후, 진공여과기를 이용하여 고체/액체 분리하여 최종 NMC 전구체 고체를 얻는 것이다. 그런 다음 NMC 전구체를 오븐에서 105℃로 8-10시간 동안 건조하여 유리 수분을 분리했다. 건조 후 침전물은 리튬화 후 코인 셀 배터리 제조를 위해 보내진다. 전구체의 최종 NMC 비율은 도 20에 나열되어 있다.500 mL of NMC initial solution (total NMC of 0.2-0.24 M, see Figure 20 for specific samples) was pumped into a 1 L reactor containing 200 mL of ammonium solution (0.1 M) at a rate of 8 mL/min by peristaltic pumping. supplied to. After 3 minutes, 480 mL of alkaline solution (0.20-0.24M) is pumped into the same reactor at the same flow rate. After 60 minutes, all remaining liquid was pumped into the reactor. A hot plate was used to heat the reactor to 80°C under an inert gas (N 2 ) atmosphere. The transition metal and alkaline solutions were mixed vigorously in a 1 L reactor while pumping (1 h) using an overhead mechanical stirrer at 800 rpm. The stirring speed is then maintained at 800 rpm for the next 4 hours until 5 PM. For safety reasons the stirring speed during the subsequent hours was set at 600 rpm for 15-16 hours. Total settling time is in the range of 20-21 hours. Afterwards, the reactor was cooled from 80°C to room temperature. The final slurry was vacuum filtered to obtain a precipitate. The final solution pH of different samples is listed in Figure 20. The obtained precipitate was washed in two steps. Primary washing involves repulping the sediment with 0.1 M NaOH solution (~5% solids content) using magnetic stirring at 80°C for 60 min followed by solid/liquid separation using a vacuum filter. In the second washing, the sediment from the first washing was repulped with a 2% NH 3 H 2 O solution (~5% solid content) using magnetic stirring at 80°C for 60 minutes, and then separated into solids/solids using a vacuum filter. The final NMC precursor solid is obtained by separating the liquid. The NMC precursor was then dried in an oven at 105°C for 8-10 hours to separate the free moisture. After drying, the precipitate is sent for lithiation and then for the manufacture of coin cell batteries. The final NMC ratios of the precursors are listed in Figure 20.

실제 침출 용액에 의해 제조된 샘플 8을 제외하고, 모든 NMC 44-52 샘플은 분석 등급의 니켈, 코발트 및 망간 황산염을 DI수에 용해시키는 합성 초기 NMC 용액에 의해 제조되었다. 이러한 합성 초기 NMC 용액 중 일부에는 20 mg/L Ca 및 200 mg/L Mg가 포함되어 있다.Except for sample 8, which was prepared by actual leaching solution, all NMC 44-52 samples were prepared by synthetic initial NMC solution dissolving analytical grade nickel, cobalt and manganese sulfates in DI water. Some of these synthetic initial NMC solutions contained 20 mg/L Ca and 200 mg/L Mg.

NMC 초기 용액의 화학적 조성은 0.2-0.24 M의 총 Ni + Co + Mn(NMC)을 함유했다. NMC 초기 용액의 NMC 몰 비율은 도 20의 Y축 라벨에 지정된다. 예를 들어, 도 20에서 "NMC 44(초기 6.1:1.8:2.1) pH 9.20"은 이 NMC 초기 용액(NMC 44 샘플)의 초기 NMC 비율이 6.1:1.8:2.1임을 나타낸다. 또한, 침전이 완료되면 최종 용액 pH는 도 20에서 "NMC 44(초기 6.1:1.8:2.1) pH 9.20"에 대해 9.20과 동일하였다.The chemical composition of the NMC initial solution contained 0.2-0.24 M total Ni + Co + Mn (NMC). The NMC molar ratio of the NMC initial solution is designated by the Y-axis labels in Figure 20. For example, in Figure 20, " NMC 44 (initial 6.1:1.8:2.1) pH 9.20 " indicates that this NMC initial solution (NMC 44 sample) had an initial NMC ratio of 6.1:1.8:2.1. Additionally, once precipitation was complete, the final solution pH was equal to 9.20 for “ NMC 44 (initial 6.1:1.8:2.1) pH 9.20 ” in Figure 20.

결과 및 토론Results and Discussion

도 21은 Ca2+ 및 Mg2+의 침전 정도(각각 50 및 200 mg/L의 초기 공급 용액 농도로부터)가 알칼리성 pH 영역(8.1-9.3)에서 Ca의 최대 88.6% 및 pH 9.3에서 71.4% Mg까지 빠르게 증가하는 반면, Ca2+(5-18%) 및 Mg2+(1-3%)의 침전율은 pH < 8에서 낮게 유지된다.Figure 21 shows that the degree of precipitation of Ca 2+ and Mg 2+ (from initial feed solution concentrations of 50 and 200 mg/L, respectively) is up to 88.6% of Ca in the alkaline pH region (8.1-9.3) and 71.4% of Mg at pH 9.3. while the precipitation rates of Ca 2+ (5-18%) and Mg 2+ (1-3%) remain low at pH < 8.

도 22는 최종 pH >8.6일 때 Ni2+, Co2+ 및 Mn2+의 침전 백분율이 상당히 높다는 것을 보여준다(98-100%). 약 알칼리성 pH 영역(8-8.2)에서 Ni2+와 Co2+의 침전율은 90-100% 범위에서 여전히 상당히 유사한 반면, Mn2+의 침전율은 Ni2+와 Co2+의 침전율보다 상대적으로 낮아서 NMC622의 올바른 화학 조성을 침전시키는 것이 복잡해진다. 구체적으로, 초기 Mn2+ 농도가 CMn=0.02M(초기 6:2:2)에서 CMn=0.04M(초기 6:3:2) 및 0.06M(초기 6:4:2)으로 증가할 때 Mn2+의 침전율은 ~80%에서 ~70%로 감소했다. 약 알칼리성 pH 영역(7.6-8.0)에서 Ni2+ 및 Co2+의 침전율은 80-90% 범위에서 여전히 유사하지만, Mn2+의 침전율은 초기 CMn=0.06M에서 약 70%이다(초기 6: 4:2). Mn의 초기 농도는 침전물에서 정확한 최종 Mn 농도를 달성하기 위해 테스트 전반에 걸쳐 다양해졌다.Figure 22 shows that the precipitation percentages of Ni 2+ , Co 2+ and Mn 2+ are significantly higher (98-100%) when the final pH is >8.6. In the slightly alkaline pH region (8-8.2), the precipitation rates of Ni 2+ and Co 2+ are still quite similar in the 90-100% range, while the precipitation rates of Mn 2+ are relatively lower than those of Ni 2+ and Co 2+ . Precipitating the correct chemical composition of NMC622 becomes complicated. Specifically, the initial Mn 2+ concentration increases from C Mn =0.02M (initially 6:2:2) to C Mn =0.04M (initially 6:3:2) and 0.06M (initially 6:4:2). The precipitation rate of Mn 2+ decreased from ~80% to ~70%. In the slightly alkaline pH region (7.6-8.0), the precipitation rates of Ni 2+ and Co 2+ are still similar in the range of 80-90%, while the precipitation rate of Mn 2+ is about 70% at initial C Mn = 0.06 M (initial 6 : 4:2). The initial concentration of Mn was varied throughout the test to achieve an accurate final Mn concentration in the sediment.

도 22에 도시된 Mn 침전 백분율에 대한 일부 이상값 데이터 지점이 있다. 예를 들어, pH=7.9(NMC 52 샘플)에서 Mn2+의 침전 백분율은 Ni2+ 및 Co2+의 값과 유사한 94%에 도달했다. 이러한 이상값은 N2 기체 보호(N2 기체 실린더의 고갈) 없이 NMC 침전 공정 중 공기에 의한 +2에서 +4로의 Mn 산화에 기인한다. NMC 침전 동안 N2 기체 보호를 사용한 또 다른 반복 테스트(NMC 52-R 샘플, 표 10 참조)는 pH=7.87에서 ~70%의 Mn2+ 침전 백분율을 가져왔다. 결과는 이 가설을 확증해주었다. 문헌에서는 NMC 침전 중 N2 보호가 필요하다고 제안하기 때문에, NMC 52 및 NMC 52-R에 대한 추가 배터리 성능 테스트는 NMC 침전 중 N2 보호가 배터리 성능에 필수적인지 여부를 밝힐 수 있다. pH=7.7의 다른 이상값 데이터는 침전 반응기의 누출로 인한 것이다.There are some outlier data points for the Mn precipitation percentage shown in Figure 22. For example, at pH=7.9 (NMC 52 sample) the precipitation percentage of Mn 2+ reached 94%, similar to the values of Ni 2+ and Co 2+ . These outliers are due to Mn oxidation from +2 to +4 by air during the NMC precipitation process without N 2 gas protection (depletion of the N 2 gas cylinder). Another repeat test using N 2 gas protection during NMC precipitation (NMC 52-R sample, see Table 10) resulted in a Mn 2+ precipitation percentage of ~70% at pH=7.87. The results confirmed this hypothesis. Since the literature suggests that N 2 protection during NMC precipitation is necessary, additional battery performance testing for NMC 52 and NMC 52-R may reveal whether N 2 protection during NMC precipitation is essential for battery performance. Another outlier data at pH=7.7 is due to a leak in the precipitation reactor.

도 21 및 22의 결과는 Ca2+와 Mg2+의 침전 백분율은 낮게 유지되는 약 알칼리성 pH 영역(7.6-8.0)에서 시판 제품의 올바른 조성을 갖는 공-침전된 NMC 전구체를 최종적으로 달성하기 위해 더 높은 Mn2+ 농도를 갖는 초기 NMC 용액을 제조하는 방법에 대한 지침을 제공한다.The results in Figures 21 and 22 provide further guidance to finally achieve co-precipitated NMC precursors with the correct composition of commercial products in a slightly alkaline pH region (7.6-8.0) where the precipitation percentages of Ca 2+ and Mg 2+ remain low. Guidance is provided on how to prepare initial NMC solutions with high Mn 2+ concentrations.

도 20은 다양한 침전 pH에서 초기 용액에서 NMC 비율과 최종 고체에서 NMC 비율 사이의 관계를 나타낸다. 초기 용액의 NMC 비율은 NMC 6:2:2에서 6:3:2 및 6:4:2로 다양했는데, 이는 도 22에 설명되어 있는 경미한 알칼리성 및 약알칼리성 pH 영역(pH 7.6-8.0)에서 Mn2+의 침전율이 Ni2+ 및 Co2+ 값보다 낮기 때문이다. 실험 실습의 경우, 서로 다른 수화 수치를 갖는 분석용 금속 황산염을 사용하여 초기에 정확한 NMC 비율을 유지하는 것은 어렵다. 따라서 도 20의 Y축은 NMC 6:2:2, 6:3:2 및 6:4:2에 상응하는 정확한 초기 NMC 비율, 샘플 이름 및 해당 최종 침전 pH를 표시하는 반면, 도 20의 X축은 고체 NMC 전구체에서 최종 NMC 비율을 보여준다. 결과는 샘플 8(pH 9.32), NMC 44(pH 9.2), NMC 47(pH 8.63), NMC 37-4(pH 8.08), NMC 49(pH 7.7)를 포함하는 상업용 NMC 622 조성과 일치하는 여러 NMC 전구체가 생성되었음을 보여준다. NMC 37-2(pH 8.06), NMC 52(pH=7.9) 및 NMC 50(pH 7.77)을 포함하여 최종 NMC 비율이 상업용 NMC 532와 일치하는 NMC 전구체도 많이 있다.Figure 20 shows the relationship between the NMC ratio in the initial solution and the NMC ratio in the final solid at various precipitation pHs. The NMC ratio of the initial solution varied from NMC 6:2:2 to 6:3:2 and 6:4:2, which corresponds to the Mn This is because the precipitation rate of 2+ is lower than that of Ni 2+ and Co 2+ . For laboratory practice, it is difficult to initially maintain accurate NMC ratios using analytical metal sulfates with different hydration values. Therefore, the Y-axis in Figure 20 displays the exact initial NMC ratio, sample name and corresponding final precipitation pH corresponding to NMC 6:2:2, 6:3:2 and 6:4:2, while the Shows the ratio of NMC precursor to final NMC. Results showed several NMCs consistent with the commercial NMC 622 composition, including sample 8 (pH 9.32), NMC 44 (pH 9.2), NMC 47 (pH 8.63), NMC 37-4 (pH 8.08), and NMC 49 (pH 7.7). It shows that a precursor has been created. There are also many NMC precursors whose final NMC ratios match commercial NMC 532, including NMC 37-2 (pH 8.06), NMC 52 (pH=7.9), and NMC 50 (pH 7.77).

배터리 물질 제조battery material manufacturing

침출 공정에서 정제된 용액은 NMC 622 전구체를 침전시키는 데 사용되었다. 구체적인 NMC 공-침전 조건은 아래 실험 섹션에 제공된다. 이후, 수득된 전구체를 리튬화 및 하소하여 NMC 622 음극 물질을 제조하였다. 이 NMC 622 음극 물질의 배터리 성능은 상업용 NMC 622 음극 물질과 일치할 수 있다.The purified solution from the leaching process was used to precipitate NMC 622 precursor. Specific NMC co-precipitation conditions are provided in the experimental section below. Thereafter, the obtained precursor was lithiated and calcined to prepare NMC 622 anode material. The battery performance of this NMC 622 cathode material can match that of commercial NMC 622 cathode material.

실험 - NMC 침전 과정Experiment - NMC precipitation process

구체적으로, 침출 공정의 침출 용액(샘플 8 - 침출), 정제된 용액(샘플 8 - 정제) 및 최종 용액(샘플 8 - 최종)이 표 16에 제시되어 있다. NMC 622 전구체의 화학적 조성을 충족시키기 위해, 여분의 Ni 및 Mn 황산염 염을 정제된 용액(샘플 8-정제)에 첨가하여 NMC 침전에 직접 사용되는 샘플 8-최종 용액을 생성했다.Specifically, the leaching solution ( Sample 8 - Leach ), purified solution ( Sample 8 - Purification ) and final solution ( Sample 8 - Final ) of the leaching process are presented in Table 16. To meet the chemical composition of the NMC 622 precursor, extra Ni and Mn sulfate salts were added to the purified solution ( Sample 8-Tablet ) to produce Sample 8-Final Solution, which was used directly for NMC precipitation.

표 16: 용액(침출, 정제 및 최종 용액)에 대한 용액 검정 Table 16: Solution assays for solutions (leaching, purification and final solution)

500 mL의 NMC 초기 용액(0.2 M의 총 NMC)을 연동 펌프에 의해 8 mL/분의 속도로 200 mL의 암모늄 용액(0.1 M)을 함유하는 1L 반응기에 공급했다. 3분이 지나면 480 mL의 알칼리 용액(0.208 M)이 동일한 유속으로 동일한 반응기로 펌핑되기 시작했다. 60분이 지나면 모든 액체가 반응기로 펌핑되었다. 800 rpm의 오버헤드 기계식 교반기를 사용하여 1L 반응기에서 혼합했다. 불활성 N2 대기 하에서 이 반응기를 80℃로 가열하기 위해 핫플레이트가 사용되었다. 침전 체류 시간은 8-10시간 범위이다.500 mL of NMC initial solution (0.2 M total NMC) was fed into a 1 L reactor containing 200 mL of ammonium solution (0.1 M) by a peristaltic pump at a rate of 8 mL/min. After 3 minutes, 480 mL of alkaline solution (0.208 M) began to be pumped into the same reactor at the same flow rate. After 60 minutes, all liquid was pumped into the reactor. Mixed in a 1 L reactor using an overhead mechanical stirrer at 800 rpm. A hot plate was used to heat the reactor to 80° C. under an inert N 2 atmosphere. The precipitation retention time is in the range of 8-10 hours.

그 후, 반응기를 80℃에서 실온으로 냉각시켰다. 최종 슬러리를 진공여과로 여과하여 침전물을 얻었다. 최종 용액 pH(또는 최종 pH)는 9.32이다. 수득된 침전물은 2단계 세척을 거쳤다. 1차 세척은 80℃에서 60분 동안 자기 교반을 사용하여 침전물을 0.1 M NaOH 용액(~5% 고체 함량)으로 재펄프화한 후 진공 여과기를 사용하여 고체/액체 분리를 수행했다. 2차 세척은 1차 세척으로부터 침전물을 80℃에서 60분 동안 자기교반을 이용하여 2% NH3H2O 용액(~5% 고체 함량)으로 재펄프화한 후, 진공 여과기를 이용하여 고체/액체 분리하여 최종 NMC 전구체 고체를 수득하였다. 그런 다음 NMC 전구체를 오븐에서 105℃로 8-10시간 동안 건조시켰고, 이는 배터리 제조로 보낼 수 있다. 전구체에서 최종 NMC 비율은 5.8:2.2:2.1이며, 이는 6:2:2 범위에 있다. 분석은 표 17에 제공된다.Afterwards, the reactor was cooled from 80°C to room temperature. The final slurry was filtered by vacuum filtration to obtain a precipitate. The final solution pH (or final pH) is 9.32. The obtained precipitate was subjected to two-step washing. The first wash was performed by repulping the sediment with 0.1 M NaOH solution (∼5% solid content) using magnetic stirring for 60 min at 80°C, followed by solid/liquid separation using a vacuum filter. For the second washing, the sediment from the first washing was repulped with a 2% NH 3 H 2 O solution (~5% solid content) using magnetic stirring at 80°C for 60 minutes, and then separated into solids/solids using a vacuum filter. The final NMC precursor solid was obtained by liquid separation. The NMC precursor was then dried in an oven at 105°C for 8-10 hours, and could be sent to battery manufacturing. The final NMC ratio from the precursor is 5.8:2.2:2.1, which is in the range of 6:2:2. The analysis is provided in Table 17.

표 17: 세척 전후의 NMC 침전 정도 및 NMC 전구체의 고체 분석(불순물 함량은 백만분율(ppm)으로 측정; Ni, Co, Mn 함량은 중량 백분율, wt%로 측정) Table 17 : Degree of NMC precipitation and solid analysis of NMC precursor before and after washing (impurity content measured in parts per million (ppm); Ni, Co, Mn contents measured in weight percentage, wt%)

결과 - 배터리 성능Results - Battery Performance

전술한 방법에 의해 수득한은 NMC 전구체를 리튬화하여 NMC 활성제를 제조한다. 전구체는 먼저 리튬 공급원인 Li2CO3의 5wt.%-과량 화학량론 비율과 혼합된다. 하소 공정은 먼저 혼합물을 400-500℃의 낮은 온도에서 1시간 동안 예비하소한 후 다시 분쇄한 후 공기 대기 하에서 850-900℃의 높은 온도에서 10시간 동안 하소한다. NMC 활성 물질(80 wt.%), 카본 블랙(10 wt.%) 및 폴리비닐리덴 플루오라이드(10 wt.%)를 N-메틸-2-피롤리디논에 분산시켜 음극을 제조한다. 그 후, 슬러리를 알루미늄 호일 위에 도포한 후, 100℃에서 24시간 동안 건조시킨다. 사용된 전해질은 EC/DMC(질량비 1:1) 중 LiPF6(1 M)이다. 그런 다음 셀을 리튬 금속 양극을 사용하여 아르곤으로 채워진 글러브 박스에 포장하고, 이 셀의 전기화학적 성능을 3.0-4.4V의 전압 범위에서 테스트한다.The NMC activator is prepared by lithiating the NMC precursor obtained by the above-described method. The precursor is first mixed with a 5 wt.%-excess stoichiometric ratio of Li 2 CO 3 as the lithium source. In the calcination process, the mixture is first precalcined at a low temperature of 400-500℃ for 1 hour, then pulverized again, and then calcined at a high temperature of 850-900℃ for 10 hours in an air atmosphere. A negative electrode is prepared by dispersing NMC active material (80 wt.%), carbon black (10 wt.%) and polyvinylidene fluoride (10 wt.%) in N-methyl-2-pyrrolidinone. Afterwards, the slurry is applied on aluminum foil and dried at 100°C for 24 hours. The electrolyte used is LiPF 6 (1 M) in EC/DMC (mass ratio 1:1). The cell is then packed in an argon-filled glove box with a lithium metal anode, and its electrochemical performance is tested over a voltage range of 3.0-4.4V.

0.2C에서 샘플 8 음극의 배터리 성능은 표 18에서 샘플의 초기 비용량이 약 163 mAh/g(기준선: 170 mAh/g)이었고 용량이 6 주기 후에도 163 이상으로 유지되었음을 보여준다. 배터리 성능은 동일한 충전-방전 속도에서 용량이 165-170 mAh/g 범위인 상업용 NMC 622 배터리와 비슷하다. 샘플 음극은 또한 육각형 배열과 낮은 Ni-Li 혼합을 통해 우수한 결정 구조를 보여준다.The battery performance of the Sample 8 cathode at 0.2C is shown in Table 18, where the initial specific capacity of the sample was approximately 163 mAh/g (baseline: 170 mAh/g) and the capacity remained above 163 after 6 cycles. Battery performance is similar to commercial NMC 622 batteries with capacities in the range of 165-170 mAh/g at the same charge-discharge rate. The sample cathode also shows an excellent crystal structure with hexagonal arrangement and low Ni-Li mixing.

표 18: 0.2C에서 샘플 8 음극을 사용한 3개의 개별 배터리에 대한 배터리 성능 Table 18 : Battery performance for three individual batteries using Sample 8 cathode at 0.2C.

실시예 3:Example 3: 불순물 존재 하의 침전 Precipitation in the presence of impurities

광범위한 불순물의 존재 하에 다양한 용액으로부터 니켈, 망간 및 코발트(NMC)를 함유하는 혼합 침전물이 생성되었다. 사용된 방법론은 존재하는 불순물의 일부 또는 전부의 침전을 방지할 수 있었고 초기 용액에 이러한 불순물이 존재함에도 불구하고 전기화학적 특성을 갖는 공-침전을 생성할 수 있었다.A mixed precipitate containing nickel, manganese and cobalt (NMC) was produced from various solutions in the presence of a wide range of impurities. The methodology used was able to prevent precipitation of some or all of the impurities present and produce co-precipitates with electrochemical properties despite the presence of these impurities in the initial solution.

표 19-32에는 일련의 NMC 침전 시험으로부터의 수성 공급 용액 및 공-침전 후 상청액 비율이 포함되어 있다. 이들 값을 해석할 때 이는 NMC:불순물의 비율이므로 숫자가 작을수록 NMC에 대한 불순물 수준이 높다는 점에 유의해야 한다. 그러므로 침전 후 비율이 감소하는 것은 선택성의 증거이다. 따라서 표에 표시된 결과는 각 요소에 대한 선택성을 보여준다.Tables 19-32 contain the aqueous feed solution and post-co-precipitation supernatant ratios from a series of NMC precipitation tests. When interpreting these values, keep in mind that this is an NMC:impurity ratio, so smaller numbers indicate higher impurity levels relative to NMC. Therefore, a decrease in the ratio after precipitation is evidence of selectivity. Therefore, the results shown in the table show the selectivity for each element.

표 19 Table 19 표 20Table 20

표 21Table 21 표 22Table 22

표 23 Table 23 표 24Table 24

표 25 Table 25 표 26Table 26

표 27 Table 27 표 28Table 28

표 29Table 29 표 30Table 30

표 31 Table 31 표 32Table 32

표 33은 광범위한 원소의 수성 공급 용액(즉, 공-침전 전)의 농도(NMC:원소의 비율)를 보여준다. 이 표에는 배터리 테스트도 포함되어 있어 이러한 용액이 전기화학적 성능을 갖춘 허용가능한 공-침전물을 생성할 수 있음을 입증한다.Table 33 shows the concentration (NMC:element ratio) of aqueous feed solutions (i.e., before co-precipitation) of a wide range of elements. The table also includes a battery of tests to demonstrate that these solutions can produce acceptable co-precipitates with electrochemical performance.

표 33Table 33

실시예 4Example 4 : 상업적 규모: commercial scale

공-침전 공정은 상업적 규모로 입증되었다. 표 34에는 각 원소에 대한 출발 용액 농도(수성 공급 용액 농도)와 니켈에 대한 관련 비율이 자세히 나와 있다.The co-precipitation process has been demonstrated on a commercial scale. Table 34 details the starting solution concentration (aqueous feed solution concentration) for each element and the associated ratio for nickel.

표 34Table 34

이 용액은 침전제로서 화학량론적 부피 미만의 탄산나트륨을 사용하여 공-침전되었다. 이 과정에서 대부분의 Ca 및 Mg가 침전되는 것을 방지하기 위해 화학량론적양 미만의 염기를 사용했다. 이 방법을 사용하면 Ni, Mn 및 Co의 침전 범위가 각각 95%, 80% 및 95%가 된다. 따라서, 규격에 맞는 물질을 생산하기 위해서는 출발 용액에 추가 양의 Mn이 포함되어야 했다.This solution was co-precipitated using a substoichiometric volume of sodium carbonate as precipitant. In this process, less than the stoichiometric amount of base was used to prevent most of the Ca and Mg from precipitating. Using this method, the precipitation extents of Ni, Mn, and Co are 95%, 80%, and 95%, respectively. Therefore, in order to produce a material that met the specifications, an additional amount of Mn had to be included in the starting solution.

이 공정으로부터의 공-침전물은 Na 및 S를 제거하기 위해 일련의 물 및 알칼리 세척 단계를 거쳤다. 최종 생성된 모액 및 세척된 고체 검정은 표 35에 제시되어 있다.The co-precipitate from this process was subjected to a series of water and alkali washing steps to remove Na and S. The final resulting mother liquor and washed solid assays are shown in Table 35.

표 35Table 35

이들 최종 용액 및 고체 조성에 기반하여, NMC와 Ca, Mg, Al, Cu, Cr, Fe, K, Na, P 및 S와 같은 불순물 원소 사이의 명확한 분리를 볼 수 있다. 산업적 규모는 불순물 원소의 일부 또는 전부에 대해 NMC에 대한 선택성을 갖고 불순물 존재 하에서 NMC를 침전시키는 특허에 자세히 설명된 한 가지 방법론을 강조한다. 이 물질은 리튬화되고 하소되어 배터리로 형성되었다. 이 배터리는 전기화학적 성능을 발휘하며 초기 용량 163 mAh/g을 달성했다.Based on these final solutions and solid compositions, a clear separation between NMC and impurity elements such as Ca, Mg, Al, Cu, Cr, Fe, K, Na, P, and S can be seen. The industrial scale highlights one methodology detailed in the patent that precipitates NMC in the presence of impurities with selectivity for NMC for some or all of the impurity elements. This material was lithiated and calcined to form a battery. This battery demonstrated electrochemical performance and achieved an initial capacity of 163 mAh/g.

실시예 5:Example 5: 상업적 규모 commercial scale

NMC 침전 동안 에이징 공정을 포함하여 실시예 4에 설명된 공정을 반복했다. 표 36에는 시작 농도 및 니켈과 관련된 관련 비율이 자세히 나와 있다.The process described in Example 4 was repeated including the aging process during NMC precipitation. Table 36 details the starting concentrations and associated ratios for nickel.

표 36Table 36

이 용액은 화학양론적 염기 및 과량이 아닌 Mn과 함께 공-침전되었다. 공-침전이 끝나면 용액을 탱크에서 48시간 동안 에이징시켰다. 이는 침전된 Mg의 일부를 재용해하여 Mg와 Ni의 분리 효율을 높이는 이점이 있었다. 추가적으로, 이러한 방법은 또한 주기 안정성을 향상시키기 위해 도펀트로서 NMC 생성물에 종종 첨가되는 Mg의 침전 정도에 대한 더 큰 제어 수준을 가능하게 한다. 이 공정으로 생산된 생성물의 조성은 표 37에 제시되어 있다. 이 물질은 리튬화, 하소되어 전기화학 테스트를 위한 배터리로 형성되었다. 배터리 테스트 결과 초기 용량은 170 mAh/g이었다.This solution co-precipitated with stoichiometric base and non-excess Mn. After co-precipitation, the solution was aged in a tank for 48 hours. This had the advantage of increasing the separation efficiency of Mg and Ni by re-dissolving part of the precipitated Mg. Additionally, this method also allows for a greater degree of control over the degree of precipitation of Mg, which is often added to NMC products as a dopant to improve cycling stability. The composition of the products produced by this process is shown in Table 37. This material was lithiated and calcined to form batteries for electrochemical testing. As a result of the battery test, the initial capacity was 170 mAh/g.

표 37Table 37

실시예 6Example 6 : Ni-라테라이트 광석을 가공처리하여 NMC를 직접 제조: Directly manufacture NMC by processing Ni-laterite ore

침출:Leaching:

니켈 라테라이트 광석 샘플을 황산을 사용하여 침출시켜 NMC 전구체 물질의 직접 생산에 적합한 용액을 생성했다. 사용된 물질의 검정은 표 38에 나와 있다. 사용된 침출 조건은 1:1 Mg:H2SO4(몰 기준), 10% 건조 고체 로딩, 80℃에서 6시간이었다. 침출 후 니켈 90%, 마그네슘 80% 및 다양한 양의 불순물 원소가 용액으로 회수되었다. 모든 주요 원소의 회수율은 도 23에 나와 있으며 침출 용액의 조성은 표 39에 나와 있다.Nickel laterite ore samples were leached using sulfuric acid to produce a solution suitable for direct production of NMC precursor material. The assays for the materials used are shown in Table 38. The leaching conditions used were 1:1 Mg:H 2 SO 4 (on molar basis), 10% dry solids loading, 6 hours at 80°C. After leaching, 90% of nickel, 80% of magnesium and various amounts of impurity elements were recovered into solution. The recoveries of all major elements are shown in Figure 23 and the compositions of the leaching solutions are shown in Table 39.

표 38 - 니켈 라테라이트 원소 조성Table 38 - Nickel laterite elemental composition

표 39 - 라테라이트 광석 침출 용액 조성Table 39 - Laterite ore leaching solution composition

불순물 제거:Remove impurities:

그런 다음 용액의 pH를 사용하여 선택적 공-침전을 사용하는 데 필요한 수준까지 불순물을 제거했다. 이는 이전 침출 단계에서 수득한 여과액을 가열하고 탄산나트륨 용액을 사용하여 pH를 증가시킴으로써 달성되었다. 철을 산화시켜 제2철로서의 침전을 촉진시키기 위해 공기를 반응기 내로 살포하였다. 단일 상태로는 이를 수행하기가 충분하지 않았으므로 30% H2O2를 산화제로 사용하여 두 번째 단계를 수행했다. 이어서 정제된 용액으로부터 고체를 분리하였다. 사용된 실험 조건은 pH 5.5에서 75℃, 1시간 동안 유지, 염기로서 200 g/L Na2CO3, 공기 및 2단계에서 산화제로 첨가된 30% H2O2였다. 최종 정제된 용액의 조성은 표 40에 제시되어 있다.The pH of the solution was then used to remove impurities to the level required to use selective co-precipitation. This was achieved by heating the filtrate obtained from the previous leaching step and increasing the pH using sodium carbonate solution. Air was sprayed into the reactor to oxidize iron and promote precipitation as ferric iron. As the single state was not sufficient to accomplish this, a second step was performed using 30% H 2 O 2 as an oxidizing agent. The solid was then separated from the purified solution. The experimental conditions used were 75°C at pH 5.5, held for 1 hour, 200 g/L Na 2 CO 3 as a base, air, and 30% H 2 O 2 added as an oxidizing agent in the second step. The composition of the final purified solution is shown in Table 40.

표 40 - 정제 후 용액 조성Table 40 - Solution composition after purification

NMC 공-침전:NMC co-precipitation:

NMC 침전 전에, Ni의 농도를 2 g/L로 증가시키고, 용액이 6:4:2 Ni:Mn:Co 몰비를 갖도록 코발트와 망간을 조정하였다. 이 비율 조정은 황산염을 사용하여 수행되었다. NMC 침전은 다음 절차에 따라 완료되었다: 6시간 동안 15% Na2CO3를 투여한 후 밤새 유지했다. 두 번째로 반복했다: 75℃; 최종 pH 7.39. 본 공정 전후의 주요 원소의 용액 농도를 표 41에 나타내었다.Before NMC precipitation, the concentration of Ni was increased to 2 g/L, and cobalt and manganese were adjusted so that the solution had a 6:4:2 Ni:Mn:Co molar ratio. This ratio adjustment was performed using sulfate. NMC precipitation was completed according to the following procedure: 15% Na 2 CO 3 administered for 6 hours and then maintained overnight. Repeated a second time: 75°C; Final pH 7.39. The solution concentrations of major elements before and after this process are shown in Table 41.

표 41 - NMC 침전 전후의 용액 농도Table 41 - Solution concentration before and after NMC precipitation

물 치환 세척, 물 재펄프 세척, 수산화나트륨 재펄프 세척 및 약한 암모니아 세척을 포함하는 3단계 세척 공정을 사용하여 공-침전물을 세척했다. 공정이 완료된 후 각 주요 원소의 전체 회수율은 도 24에 나와 있다. 생성된 최종 고체의 조성은 표 42에 제시되어 있다. 이러한 결과는 Mg 농도가 NMC 금속보다 상당히 큰 경우에도 Ca/Mg의 NMC에 대한 높은 선택성을 분명히 보여준다. 이를 통해 라테라이트와 같은 저 등급 NMC 금속 공급원을 NMC 제조에 직접 사용할 수 있다.The co-sediment was washed using a three-step washing process including water displacement wash, water repulp wash, sodium hydroxide repulp wash and mild ammonia wash. The overall recovery of each major element after the process was completed is shown in Figure 24. The composition of the resulting final solid is shown in Table 42. These results clearly show the high selectivity of Ca/Mg for NMC even when the Mg concentration is significantly larger than that of the NMC metal. This allows low-grade NMC metal sources, such as laterites, to be used directly for NMC manufacturing.

표 42 - NMC 공-침전 전후의 용액 농도Table 42 - Solution concentration before and after NMC co-precipitation

배터리 테스트 결과:Battery test results:

NMC 공-침전물 샘플로부터 3개의 음극을 제조했다. 생성된 초기 용량은 75 mAh/g이었으며 20주기 이후 용량 유지율은 84%였다.Three cathodes were prepared from NMC co-sediment samples. The initial capacity generated was 75 mAh/g, and the capacity maintenance rate after 20 cycles was 84%.

실시예 7:Example 7: 혼합 황화물 생성물 광석을 가공처리하여 NMC를 직접 제조 Directly manufacture NMC by processing mixed sulfide product ore

침출:Leaching:

NMC 전구체 물질의 직접 생산에 적합한 용액을 생성하기 위해 황산 및 공기를 사용하여 황화물 농축 샘플을 침출시켰다. 사용된 재료의 검정은 표 43에 제시되어 있다. 사용된 실험 조건은 다음과 같다: 80℃, 4일, 10% 건조 고체 로딩, pH를 2로 유지하기 위해 H2SO4 투여, 공기 유량 0.5 L/분. 침출 후, 니켈의 30%와 다양한 양의 불순물 원소가 회수되었다. 모든 주요 원소의 회수율은 도 25에 제시되어 있으며 침출 용액의 조성은 표 44에 제시되어 있다.Sulfide-enriched samples were leached using sulfuric acid and air to create a solution suitable for direct production of NMC precursor materials. The specifications of the materials used are presented in Table 43. The experimental conditions used were as follows: 80°C, 4 days, 10% dry solids loading, H 2 SO 4 dosed to maintain pH at 2, air flow rate 0.5 L/min. After leaching, 30% of the nickel and various amounts of impurity elements were recovered. The recoveries of all major elements are shown in Figure 25 and the composition of the leaching solution is shown in Table 44.

표 43 - 황화물 농축물 샘플의 원소 조성Table 43 - Elemental Composition of Sulfide Concentrate Samples

표 44 - 황화물 농축물의 황산 침출 후 침출 용액 조성Table 44 - Leaching solution composition after sulfuric acid leaching of sulfide concentrates

불순물 제거:Remove impurities:

그런 다음, 용액의 pH를 사용하여 선택적 공-침전을 사용하는 데 필요한 수준까지 불순물을 제거했다. 이는 이전 침출 단계에서 수득한 여과액을 가열하고 탄산나트륨 용액을 사용하여 pH를 증가시킴으로써 달성되었다. 철을 산화시켜 제2철로서의 침전을 촉진시키기 위해 공기를 반응기 내로 살포하였다. 사용된 실험 조건은 다음과 같다: 75℃, pH는 3에서 4, 5.3에서 6으로 순차적으로 증가, 염기로서 Na2CO3 200g/L, 산화제로 공기 살포.The pH of the solution was then used to remove impurities to the level required to use selective co-precipitation. This was achieved by heating the filtrate obtained from the previous leaching step and increasing the pH using sodium carbonate solution. Air was sprayed into the reactor to oxidize iron and promote precipitation as ferric iron. The experimental conditions used were as follows: 75°C, pH increased sequentially from 3 to 4 and 5.3 to 6, 200 g/L of Na 2 CO 3 as base, and air sparging as oxidizing agent.

NMC 침전:NMC precipitation:

NMC 침전 전에, 용액이 6:3:2 Ni:Mn:Co 몰비를 갖도록 Ni 농도를 증가시키고 코발트 및 망간의 농도를 조정하였다. 이 비율 조정은 고순도 황산염을 사용하여 수행되었다. NMC 침전은 다음 과정에 따라 완료되었다: 6시간 동안 5% Na2CO3를 투여한 후 하룻밤 동안 75℃, 최종 pH 7.85로 유지했다. 이 공정 전후의 용액 농도를 표 45에 나타내었다.Before NMC precipitation, the Ni concentration was increased and the concentrations of cobalt and manganese were adjusted so that the solution had a 6:3:2 Ni:Mn:Co molar ratio. This ratio adjustment was performed using high purity sulfate. NMC precipitation was completed according to the following procedure: 5% Na 2 CO 3 for 6 hours and then maintained overnight at 75°C, final pH 7.85. The solution concentrations before and after this process are shown in Table 45.

표 45 - NMC 침전 전후의 용액 농도Table 45 - Solution concentration before and after NMC precipitation

이후, 물 치환 세척, 물 재펄프 세척, 수산화나트륨 재펄프 세척 및 약한 암모니아 세척을 포함하는 3단계 세척 공정을 사용하여 공-침전물을 세척했다. 공정 완료 후 각 주요 원소의 전체적인 회수율은 도 26에 나타내었다. 생성된 최종 고체의 조성은 표 46에 나타내었다.The co-precipitate was then washed using a three-step washing process including water displacement wash, water repulp wash, sodium hydroxide repulp wash and mild ammonia wash. The overall recovery rate of each major element after completion of the process is shown in Figure 26. The composition of the final solid produced is shown in Table 46.

표 46 - 최종 세척된 NMC 고체의 고체 조성Table 46 - Solid composition of final washed NMC solids

실시예 8Example 8 : 코발트 농축물과 블랙 매스의 혼합 침출 예: Example of mixed leaching of cobalt concentrate and black mass

코발트 농축물과 블랙 매스의 50% 블렌드를 SO2를 사용하여 침출하여 NMC의 직접 생산에 적합한 용액을 생성했다. 사용된 물질의 검정을 표 47에 나타내었다. 사용된 실험 조건은 다음과 같았다: 55℃, 2시간 40분, 5% 건조 고체 로딩, 2시간에 걸쳐 200% 화학양론적 양을 제공하기 위해 SO2 살포. 침출 후, 니켈의 30%와 다양한 양의 불순물 원소가 회수되었다. 모든 주요 원소의 회수율은 도 27에 제시되어 있으며 침출 용액의 조성은 표 48에 제시되어 있다.A 50% blend of cobalt concentrate and black mass was leached using SO 2 to produce a solution suitable for direct production of NMC. The assays of the materials used are shown in Table 47. The experimental conditions used were as follows: 55°C, 2 hours 40 minutes, 5% dry solids loading, SO 2 sparging to provide 200% stoichiometric dose over 2 hours. After leaching, 30% of the nickel and various amounts of impurity elements were recovered. The recoveries of all major elements are shown in Figure 27 and the composition of the leaching solution is shown in Table 48.

표 47 - 50% 코발트 농축물 50% 블랙 매스 브렌드된 샘플의 원소 조성Table 47 - Elemental composition of 50% cobalt concentrate 50% black mass blended samples

표 48 - 브렌드된 코발트 농축물/블랙 매스의 황산 침출 후 침출 용액 조성Table 48 - Leach solution composition after sulfuric acid leaching of blended cobalt concentrate/black mass

이후, 공기를 살포하면서 용액의 pH를 5.5로 증가시켰다. 이 조건은 Fe가 침전될 수 있는 충분한 시간을 허용하기 위해 최소 1시간 동안 유지되어야 한다. 이 공정을 이용하면 Al, Fe, Cu, Cr, 및 Zn 등의 불순물을 충분히 제거하여 선택적 침전이 가능한다. 이 용액은 NMC 생산에 적합하도록 6:2:2로 조정된 Ni, Mn 및 Co의 몰비를 가져야 한다.Afterwards, the pH of the solution was increased to 5.5 while sparging air. These conditions should be maintained for at least 1 hour to allow sufficient time for Fe to precipitate. Using this process, selective precipitation is possible by sufficiently removing impurities such as Al, Fe, Cu, Cr, and Zn. This solution should have the molar ratio of Ni, Mn and Co adjusted to 6:2:2 to be suitable for NMC production.

실시예 9:Example 9: 공-침전물의 세척 Washing of co-precipitate

공-침전 직후, 형성된 고체는 물, 염기성(탄산염, 수산화물 또는 암모니아) 또는 산 세척을 포함할 수 있는 순차적 세척 절차를 거친다. 선택되는 정확한 세척 방식은 존재하는 불순물에 따라 달라진다. 이 예에서는 습식 NMC의 약 1톤의 배치가 상업적 규모로 생산되었다. 그런 다음 이를 60:1 물:고체 건조 질량 기준의 비율로 물 세척한 다음, 10% 수산화나트륨 용액을 사용하여 7% 고체에서 가성소다 재슬러리 세척을 한 다음, 40:1 물:건조 고체 질량 기준의 비율로 최종 물 세척을 수행했다. 이 순차적 절차의 검정은 표 49에 나와 있다. 세척 단계는 일부 불순물 원소를 제거하고 Ca, Cu, K, Mg, Na, S 및 Zn과 같은 불순물 원소에 대한 NMC:불순물 비율을 개선하는 데 성공적이었다.Immediately after co-precipitation, the solids formed are subjected to sequential washing procedures that may include water, basic (carbonate, hydroxide or ammonia) or acid washing. The exact cleaning method selected will depend on the impurities present. In this example, a batch of approximately 1 tonne of wet NMC was produced on a commercial scale. This was then washed with water at a ratio of 60:1 water:solids by dry mass, followed by a caustic soda re-slurry wash at 7% solids using a 10% sodium hydroxide solution, followed by a 40:1 water:dry solids by mass basis. A final water wash was performed at a rate of A test of this sequential procedure is shown in Table 49. The washing step was successful in removing some impurity elements and improving the NMC:impurity ratio for impurity elements such as Ca, Cu, K, Mg, Na, S, and Zn.

표 49Table 49

다르게 정의되지 않는 한, 본원에 사용된 모든 기술 및 과학 용어는 본 발명이 속하는 기술분야의 숙련가가 일반적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다.Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by a person skilled in the art to which the present invention pertains.

본 명세서 및 청구범위(있는 경우)에서, '포함하는'이라는 단어와 '포함하다' 및 '포함하다'를 포함한 그 파생어는 언급된 정수 각각을 포함하지만 하나 이상의 추가 정수의 포함을 배제하지 않는다.In this specification and claims (if any), the word 'comprising' and its derivatives, including 'comprise' and 'comprise', include each of the recited integers but do not exclude the inclusion of one or more additional integers.

본 명세서 전체에서 '한 구현양태' 또는 '구현양태'에 대한 참조는 해당 구현양태와 관련하여 설명된 특정 특징, 구조 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 구현양태에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸쳐 다양한 위치에 나타나는 '한 구현양태에서' 또는 구현양태에서'라는 문구가 반드시 모두 동일한 구현양태를 지칭하는 것은 아니다. 또한, 특정 특징, 구조 또는 특성은 하나 이상의 조합으로 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.Reference throughout this specification to “an implementation” or “an implementation” means that a particular feature, structure, or characteristic described in connection with that implementation is included in at least one implementation of the invention. Accordingly, the phrases “in one implementation” or “in an implementation” appearing in various places throughout the specification do not necessarily all refer to the same implementation. Additionally, specific features, structures, or properties may be combined in one or more combinations in any suitable manner.

법령에 따라, 본 발명은 구조적 또는 방법적 특징에 대해 다소 구체적인 언어로 설명되었다. 본 명세서에 기술된 수단은 본 발명을 실행하는 바람직한 형태를 포함하므로 본 발명은 도시되거나 기술된 특정 특징에 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 그러므로 본 발명은 당업자에 의해 적절하게 해석되는 첨부된 청구범위(있는 경우)의 적절한 범위 내에서 임의의 형태 또는 수정으로 청구된다.In accordance with the law, the invention has been described in more or less specific language as to its structural or methodological features. It is to be understood that the invention is not limited to the specific features shown or described, since the means described herein include preferred forms of carrying out the invention. The invention is therefore claimed in any form or modification within the appropriate scope of the appended claims (if any) as properly interpreted by those skilled in the art.

Claims (23)

공-침전물을 생성하는 방법으로서, 공-침전물은 니켈, 코발트 및 망간으로부터 선택된 적어도 2개의 금속을 포함하며, 상기 방법은:
(i) 상기 적어도 2개의 금속과 적어도 하나의 불순물을 포함하는 수성 공급 용액을 제공하는 단계로서, 상기 적어도 하나의 불순물은 비소, 알루미늄, 바륨, 카드뮴, 탄소, 칼슘, 마그네슘, 크롬, 구리, 납, 규소, 바나듐, 란타넘, 란타넘족, 악티늄, 악티늄족, 티타늄, 스칸듐, 철, 아연, 지르코늄, 은, 텅스텐, 몰리브덴, 백금, 루비듐, 주석, 안티몬, 셀레늄, 비스무스, 붕소, 이트륨, 및 니오븀 또는 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는, 단계; 및
(ii) 공급 용액의 pH를 약 6.2 내지 10 미만으로 조정하여, (a) 상기 적어도 2개의 금속을 포함하는 공-침전물; 및 (b) 상기 적어도 하나의 불순물을 포함하는 상청액을 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
A method of producing a co-precipitate, the co-precipitate comprising at least two metals selected from nickel, cobalt and manganese, the method comprising:
(i) providing an aqueous feed solution comprising the at least two metals and at least one impurity, wherein the at least one impurity is arsenic, aluminum, barium, cadmium, carbon, calcium, magnesium, chromium, copper, lead. , silicon, vanadium, lanthanum, lanthanides, actinium, actinides, titanium, scandium, iron, zinc, zirconium, silver, tungsten, molybdenum, platinum, rubidium, tin, antimony, selenium, bismuth, boron, yttrium, and niobium. or a step selected from the group consisting of a combination thereof; and
(ii) adjusting the pH of the feed solution to between about 6.2 and less than 10 to produce (a) a co-precipitate comprising the at least two metals; and (b) providing a supernatant comprising the at least one impurity.
제1항에 있어서, 상기 수성 공급 용액 중 적어도 2개의 금속 대 전체 불순물의 몰비가 200,000:1 미만인, 방법.2. The method of claim 1, wherein the molar ratio of at least two metals to total impurities in the aqueous feed solution is less than 200,000:1. 제1항에 있어서, 상기 수성 공급 용액 중 적어도 2개의 금속 대 전체 불순물의 몰비가 200:1 미만인, 방법.2. The method of claim 1, wherein the molar ratio of at least two metals to total impurities in the aqueous feed solution is less than 200:1. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수성 공급 용액 중 적어도 2개의 금속 대 알칼리 토금속 불순물의 몰비가 200:1 미만인, 방법.4. The method of any one of claims 1 to 3, wherein the molar ratio of at least two metal to alkaline earth metal impurities in the aqueous feed solution is less than 200:1. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 2개의 금속 대 금속 및 준금속 불순물의 몰비가 500,000:1 미만인, 방법.5. The method of any one of claims 1 to 4, wherein the molar ratio of the at least two metals to metal and metalloid impurities is less than 500,000:1. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (ii)에서 공급 용액의 pH가 약 6.2 내지 9.2로 조정되는, 방법.6. The method of any one of claims 1 to 5, wherein in step (ii) the pH of the feed solution is adjusted to about 6.2 to 9.2. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (i) 이전에, 상기 방법은:
니켈, 코발트 및 망간으로부터 선택된 적어도 하나의 금속을 포함하는 공급 혼합물을 제공하며, 상기 공급 혼합물은 산화된 공급물, 환원된 공급물 또는 비산화된 공급물 중 하나이고, 여기서:
산화된 공급물은 2 미만의 산화 상태에서보다 2 초과의 산화 상태에서 적어도 하나의 금속을 더 많이 갖고;
환원된 공급물은 2 초과의 산화 상태에서보다 2 미만의 산화 상태에서 적어도 하나의 금속을 더 많이 갖거나, 2의 산화 상태에서 적어도 하나의 금속을 실질적으로 모두 갖고 황화물 형태의 적어도 하나의 금속 중 적어도 일부를 갖고; 그리고
비산화된 공급물은 2의 산화 상태에서 적어도 하나의 금속을 실질적으로 모두 갖고 황화물 형태의 적어도 하나의 금속은 실질적으로 전혀 갖지 않는, 단계;
공급 혼합물을 수용액으로 처리하여 상기 적어도 하나의 금속을 포함하는 침출수를 형성하며, 여기서 수용액의 pH는 침출수의 pH가 약 -1 내지 약 6이 되도록 하고 여기서:
공급 혼합물이 산화된 공급물인 경우, 처리는 환원제를 포함하는 시약을 첨가하는 것을 추가로 포함하고; 그리고
공급 혼합물이 환원된 공급물인 경우, 처리는 산화제를 포함하는 시약을 첨가하는 것을 추가로 포함하며;
이로써 상기 침출수는 2의 산화 상태인 적어도 2개의 금속을 포함하며,
상기 침출수는 수성 공급 용액을 제공하기 위해 사용되는, 단계
를 포함하는, 방법.
7. The method according to any one of claims 1 to 6, wherein before step (i), the method comprises:
Provided is a feed mixture comprising at least one metal selected from nickel, cobalt and manganese, said feed mixture being one of an oxidized feed, a reduced feed or a non-oxidized feed, wherein:
The oxidized feed has more of at least one metal in an oxidation state greater than 2 than in an oxidation state less than 2;
The reduced feed has more of the at least one metal in an oxidation state of less than 2 than in an oxidation state of greater than 2, or has substantially all of the at least one metal in an oxidation state of 2 and at least one of the metals in sulfide form. Have at least some of it; and
wherein the unoxidized feed has substantially all of the at least one metal in oxidation state 2 and substantially no of the at least one metal in sulfide form;
The feed mixture is treated with an aqueous solution to form a leachate comprising the at least one metal, wherein the pH of the aqueous solution is such that the pH of the leachate is from about -1 to about 6, wherein:
If the feed mixture is an oxidized feed, the treatment further comprises adding a reagent comprising a reducing agent; and
If the feed mixture is a reduced feed, the treatment further includes adding a reagent comprising an oxidizing agent;
The leachate thereby contains at least two metals in an oxidation state of 2,
wherein the leachate is used to provide an aqueous feed solution.
Method, including.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공급 용액이 Co(II), Mn(II) 및 Ni(II)를 포함하는, 방법.8. The method of any one of claims 1 to 7, wherein the feed solution comprises Co(II), Mn(II) and Ni(II). 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (i)의 공급 용액의 pH가 2.0 내지 4.0인, 방법.9. The method of any one of claims 1 to 8, wherein the feed solution in step (i) has a pH of 2.0 to 4.0. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (i)은 경사분리, 원심분리, 여과, 교결 및 침강, 또는 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나 의 분리 기술을 사용하여 공급 용액으로부터 고체 불순물을 분리하는 단계를 포함하는, 방법. 10. The method of any one of claims 1 to 9, wherein step (i) comprises separating the feed solution using at least one separation technique selected from the group consisting of decanting, centrifugation, filtration, cementation and sedimentation, or combinations thereof. A method comprising separating solid impurities from. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (i)은 이온 교환, 침전, 흡착 및 흡수, 또는 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 분리 기술을 사용하여 공급 용액으로부터 용해된 불순물을 제거하는 단계를 포함하는, 방법.11. The method of any one of claims 1 to 10, wherein step (i) comprises dissolution from the feed solution using at least one separation technique selected from the group consisting of ion exchange, precipitation, adsorption and absorption, or combinations thereof. A method comprising removing impurities. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 공-침전물에서 요망되는 몰비를 제공하기 위해 코발트, 망간 및 니켈 중 하나 이상을 공급 용액에 첨가하여 니켈, 코발트 및 망간의 비율을 조정하는 단계를 추가로 포함하는, 방법. 12. The method of any one of claims 1 to 11, wherein the ratio of nickel, cobalt and manganese is adjusted by adding one or more of cobalt, manganese and nickel to the feed solution to provide the desired molar ratio in the co-precipitate. A method further comprising the step of adjusting. 제12항에 있어서, 상기 요망되는 비율은 약 1:1:1의 니켈:코발트:망간인, 방법.13. The method of claim 12, wherein the desired ratio is about 1:1:1 nickel:cobalt:manganese. 제12항에 있어서, 상기 요망되는 비율은 약 6:2:2의 니켈:코발트:망간인, 방법.13. The method of claim 12, wherein the desired ratio is about 6:2:2 nickel:cobalt:manganese. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공-침전물을 분리하기 위해 경사분리 및/또는 여과하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.15. The method of any one of claims 1 to 14, further comprising decanting and/or filtering to separate the co-precipitate. 제15항에 있어서, 상기 공-침전물을 세척하는 적어도 하나의 단계를 포함하는, 방법.16. The method of claim 15, comprising at least one step of washing the co-precipitate. 제16항에 있어서, 상기 적어도 하나의 세척 단계는 알칼리성, 물, 산 또는 암모니아 세척을 사용하는, 방법.17. The method of claim 16, wherein the at least one washing step uses an alkaline, water, acid or ammonia wash. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공-침전물에 리튬을 첨가하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.18. The method of any one of claims 1 to 17, further comprising adding lithium to the co-precipitate. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공-침전물을 건조시키는 단계를 포함하는, 방법.19. The method of any one of claims 1 to 18, comprising drying the co-precipitate. 제19항에 있어서, 상기 건조는 약 80℃ 내지 약 150℃의 온도에서 이루어지고/지거나 상기 건조는 적어도 5시간 동안 수행되는, 방법.20. The method of claim 19, wherein the drying occurs at a temperature of about 80° C. to about 150° C. and/or the drying is performed for at least 5 hours. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항의 방법에 의해 생성된, 니켈, 코발트 및 망간으로부터 선택된 적어도 2개의 금속의 공-침전물.A co-precipitate of at least two metals selected from nickel, cobalt and manganese, produced by the method of any one of claims 1 to 20. 공-침전물을 생성하는 방법으로서, 공-침전물은 니켈, 코발트 및 망간으로부터 선택되는 적어도 2개의 금속을 포함하며, 상기 방법은:
(i) 상기 적어도 2개의 금속 및 적어도 하나의 불순물을 포함하는 수성 공급 용액을 제공하는 단계; 및
(ii) 공급 용액의 pH를 약 6.2 내지 약 11로 조정하여, (a) 상기 적어도 2개의 금속을 포함하는 공-침전물; 및 (b) 상기 적어도 하나의 불순물을 포함하는 상청액을 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
A method of producing a co-precipitate, the co-precipitate comprising at least two metals selected from nickel, cobalt and manganese, the method comprising:
(i) providing an aqueous feed solution comprising the at least two metals and at least one impurity; and
(ii) adjusting the pH of the feed solution to about 6.2 to about 11 to produce (a) a co-precipitate comprising the at least two metals; and (b) providing a supernatant comprising the at least one impurity.
니켈, 코발트 및 망간으로부터 선택된 적어도 2개의 금속을 포함하는 침출수를 생성하는 방법으로서, 상기 방법은:
A. 적어도 2개의 금속을 포함하는 공급 혼합물을 제공하는 단계로서, 상기 공급 혼합물은 산화된 공급물, 환원된 공급물 또는 비산화된 공급물 중 하나이며, 여기서:
산화된 공급물은 2 미만의 산화 상태에서보다 2 초과의 산화 상태에서 적어도 2개의 금속을 더 많이 갖고;
환원된 공급물은 2 초과의 산화 상태에서보다 2 미만의 산화 상태에서 적어도 2개의 금속을 더 많이 갖거나, 2의 산화 상태에서 적어도 2개의 금속을 실질적으로 모두를 갖고 황화물 형태의 적어도 2개의 금속 중 적어도 일부를 갖고; 그리고
비산화된 공급물은 2의 산화 상태에서 적어도 2개의 금속을 실질적으로 모두 갖고 황화물 형태의 적어도 2개의 금속을 실질적으로 전혀 갖지 않는, 단계;
B. 상기 공급 혼합물을 수용액으로 처리하여 상기 적어도 2개의 금속을 포함하는 침출수를 형성하는 단계로서, 여기서 수용액의 pH는 침출수의 pH가 약 1 내지 약 7이 되도록 하고, 여기서:
공급 혼합물이 산화된 공급물인 경우, 처리는 환원제를 포함하는 시약을 첨가하는 것을 추가로 포함하고; 그리고
공급 혼합물이 환원된 공급물인 경우, 처리는 산화제를 포함하는 시약을 첨가하는 것을 추가로 포함하는, 단계를 포함하고;
이로써 침출수는 2의 산화 상태에서 적어도 2개의 금속을 포함하는, 방법.
A method for producing leachate comprising at least two metals selected from nickel, cobalt and manganese, said method comprising:
A. Providing a feed mixture comprising at least two metals, wherein the feed mixture is one of an oxidized feed, a reduced feed, or a non-oxidized feed, wherein:
The oxidized feed has more of at least two metals in an oxidation state greater than 2 than in an oxidation state less than 2;
The reduced feed has more of the at least two metals in an oxidation state of less than 2 than in an oxidation state of greater than 2, or has substantially all of the at least two metals in an oxidation state of 2 and at least two metals in sulfide form. have at least some of; and
wherein the unoxidized feed has substantially all of the at least two metals in the oxidation state of 2 and substantially none of the at least two metals in sulfide form;
B. treating the feed mixture with an aqueous solution to form a leachate comprising the at least two metals, wherein the pH of the aqueous solution is such that the pH of the leachate is from about 1 to about 7, wherein:
If the feed mixture is an oxidized feed, the treatment further comprises adding a reagent comprising a reducing agent; and
If the feed mixture is a reduced feed, the treatment includes steps further comprising adding a reagent comprising an oxidizing agent;
whereby the leachate contains at least two metals in an oxidation state of two.
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